답변 내역

안녕하세요. 질문해주신 EDTA는 대표적인 헥사덴테이트 다치 배위자로서, 한 분자가 중심 금속 이온과 여섯 자리에서 동시에 배위 결합을 할 수 있는데요, 이 때문에 금속 이온과 결합할 때 매우 안정한 킬레이트 착물을 형성하게 되는데, 바로 이 특성이 환경 오염 물질 제거에 활용되는 원리입니다.우선 납(Pb²⁺), 카드뮴(Cd²⁺), 수은(Hg²⁺), 구리(Cu²⁺) 등과 같은 중금속 이온은 물속에서 자유 이온 형태로 존재할 경우 생물체에 쉽게 흡수되어 독성을 나타내는데요, 이때 EDTA가 투입되면, 그 다치 배위자 구조로 인해 중금속 이온을 꽉 붙잡아 안정적인 착물을 형성합니다. EDTA는 여러 개의 배위자 원자가 하나의 금속 이온을 동시에 둘러싸며 다중 결합을 형성하기 때문에, 단순한 단치 배위자 여러 개가 결합하는 것보다 훨씬 안정한 착물이 만들어지며 이로 인해 금속 이온이 쉽게 떨어져 나오지 못하고, 용액 속에서 비활성화된 상태로 존재하게 되는 것입니다. 또한 EDTA-금속 착물은 일반적으로 물에 잘 녹고 안정하기 때문에, 토양이나 침전물에 붙어 있던 중금속을 용액으로 끌어내는 역할을 할 수 있는데요 따라서 오염된 토양이나 폐수 속에서 금속 이온을 추출해내거나, 더 이상 생물학적으로 유해하게 작용하지 못하게 합니다. 감사합니다.

안녕하세요. 옥타헤드랄 착물에서 [MA6] 형태를 가질 때 이성질체가 생기는지 여부는 리간드의 종류와 배열 가능성에 따라 결정되는데요, 우선 모든 리간드가 동일한 경우에는 여섯 자리 모두 똑같은 리간드이므로 배열을 바꿔도 차이가 없기 때문에 이성질체 역시 존재하지 않습니다. 다음으로 리간드 5개가 동일하고 1개만 다른 경우 역시 다른 리간드는 어느 자리나 배치해도 같은 대칭성을 가지므로 결과적으로 동일하기 때문에 이성질체를 가지지 않습니다. 다음으로 리간드 4개 동일, 2개가 다른 경우에는 두 개의 B가 옥타헤드랄에서 인접 위치(90°) 에 있으면 cis, 마주보는 위치(180°) 에 있으면 trans가 되므로, 기하 이성질체가 존재합니다. 리간드 3개가 동일하고 3개가 다른 경우에는, 세 개의 B 리간드가 모두 인접해 삼각형 모양을 이루면 facial (fac) 이성질체, 세 개가 직선(한 축에 두 개, 반대축에 하나)으로 배열되면 meridional (mer) 이성질체가 되며 이 역시 이성질체가 존재합니다. 감사합니다.

안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 배위자는 리간드라고도 불리며 금속 이온 중심에 전자쌍을 제공하여 배위 결합을 형성하는 분자나 이온을 말하는데요 즉, 금속은 빈 궤도를 가지고 있고, 리간드는 비공유 전자쌍을 제공하여 착물을 형성합니다. 이때 단치 배위자란 한 개의 원자가 전자쌍을 제공해 금속과 한 자리로만 결합하는 리간드를 말하는 것으로, 예시로는 H2O, NH3, NO2- 등이 있으며 결합할 수 있는 자리가 오직 하나이므로, 금속과 단일 배위 결합만 형성합니다. 반면에 다치 배위자란 분자 안에 여러 개의 전자쌍 제공 원자를 가져서 금속 이온에 여러 자리로 동시에 결합할 수 있는 리간드를 말하는 것인데요, 이는 리간드 안에 배위 가능한 원자가 몇 개 있는가로 결정됩니다. 대표적인 예시인 에틸렌디아민(en)은 두 개의 N 원자가 각각 전자쌍 제공하기 때문에 이치 리간드에 해당하며, EDTA는 육치 리간드에 해당합니다. 감사합니다.

안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 배터리마다 내부 화학 반응 방식이 달라서 충전 습관이 수명에 미치는 영향도 다르게 나타나는데요, 자주 조금씩 충전하는 것이 좋다는 말은 리튬이온 배터리(Li-ion)에 해당하는 얘기인데, 다른 배터리에는 꼭 맞지 않을 수 있습니다. 우선 리튬이온 배터리의 경우에는 깊게 방전(0%까지)하거나 100% 완충 상태로 오래 두면 수명이 빨리 줄어드는데요 따라서 20~80% 사이에서 자주 보충 충전하는 것이 수명에 유리하며, 결과적으로 자주 충전하는 게 좋다는 말은 리튬이온 배터리에는 맞습니다.다음으로 니켈-카드뮴 배터리의 경우에는 메모리 효과가 있어서, 항상 중간까지만 충전·방전하면 배터리가 마치 그 부분까지만 쓸 수 있는 것처럼 용량이 줄어드는데요, 따라서 주기적으로 완전 방과 완전 충전을 해주는 것이 필요합니다. 따라서 Ni-Cd는 자주 충전하는 것보다, 일정 주기마다 완전 충·방전을 해주는 것이 좋습니다. 감사합니다.

안녕하세요. 질문해주신 사항에 대해 답변 드리자면, 우선 질량(m)은 물체가 가진 물질의 양, 위치에 관계없이 변하지 않으며 단위로는 g, kg을 사용합니다. 다음으로 무게(W)는 물체가 중력에 의해 끌리는 힘, W=m×g으로 나타내며, 단위는 N입니다. 즉, 질량은 얼마나 많은 물질이 들어있나를 뜻하고, 무게는 그 물질이 중력 때문에 얼마나 세게 끌려가나를 뜻합니다. 따라서 전자저울은 사실 물체의 무게(힘)를 직접 감지하는데요 물체를 올리면, 그 무게에 해당하는 힘이 저울 내부의 센서에 전달되며, 저울은 그 힘을 전기 신호로 바꾸어 표시합니다. 그런데 여기서 중요한 점은, 저울이 중력이 일정한 조건, 예를 들어서 지구 표면, g ≈ 9.8 m/s²에서 사용된다는 전제로, 측정된 무게를 자동으로 질량 단위(g, kg)로 환산해서 보여준다는 것입니다.이때 보통 일상생활이나 실험실에서 사용하는 저울은 중력가속도 g가 일정하다는 전제를 깔고 있는데요, 따라서 무게와 질량이 비례 관계이므로, 무게를 측정해서 질량 값으로 환산해 주는 방식으로 쓰는 것입니다. 예를 들어 100 g짜리 추를 표준으로 삼아 저울을 교정하면, 다른 물체도 같은 조건에서 그에 비례하는 질량으로 표시되는 것입니다. 따라서 전자저울은 실제로는 무게(힘)를 측정하지만, 지구 표면에서 무게와 질량은 일정한 비례 관계에 있으므로 질량으로 환산해 표시하는 것이며, 그래서 과학 수업이나 밀도 측정 같은 실험에서는 전자저울을 사용해 질량(g, kg)을 구하는 것이 가능합니다. 감사합니다.

안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 금속 이온과 리간드가 배위결합을 이룰 때 몇 개의 리간드가 결합할 수 있는지, 즉 배위수가 정해지는 것은 여러 화학적·공간적 요인들이 함께 작용하기 때문인데요, 우선 배위 결합은 금속 이온의 빈 궤도와 리간드의 전자쌍이 겹치면서 형성됩니다. 따라서 금속 이온이 사용할 수 있는 빈 궤도의 수와 공간적 배열이 리간드 결합 수를 제한하는데요, 예를 들어서 3d, 4s, 4p, 4d 궤도의 혼성화를 통해 [Fe(H₂O)₆]²⁺ 같은 배위수 6의 착물이 안정화될 수 있습니다. 또한 금속 이온 주위를 리간드가 둘러쌀 때, 서로의 부피, 즉 입체장애가 영향을 주는데요, 이때 H₂O, NH₃ 등과 같이 작은 리간드는 많이 들어갈 수 있지만, PPh₃, bulky chelating ligands 등의 큰 리간드는 적은 수만 안정적으로 결합할 수 있습니다. 게다가 금속 이온의 전하가 크면 많은 리간드를 끌어들일 수 있지만, 동시에 리간드 간의 전자쌍 반발도 커지기 때문에 따라서 정전기적으로 안정된 상태에서 균형이 잡히며, 일정한 배위수가 선호되는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 배위 결합은 넓은 의미에서 공유 결합의 한 형태이지만 전자가 어떻게 제공되는지에 따라 일반적인 공유 결합과 차이가 생깁니다. 우선 일반적인 공유결합은 두 원자가 각각 전자 1개씩을 내놓아 공유 전자쌍을 형성하는데요, 예를 들어서 H· + ·H → H:H (H₂ 분자)와 같은 경우이며 즉, 양쪽 원자가 대등하게 전자를 기여하여 결합을 만듭니다. 반면에 배위결합은 결합 전자쌍을 한쪽 원자에서만 제공하고, 다른 쪽 원자는 빈 오비탈을 제공하여 이를 받아들입니다. 예를 들자면 NH₃ + H⁺ → NH₄⁺와 같은 경우가 있는데요, 여기서 NH₃는 비공유 전자쌍을 제공하고, H⁺는 빈 1s 오비탈을 제공하여 결합이 형성되며, 따라서 결합이 형성되는 순간에는 전자쌍의 출처가 한쪽으로 치우쳐 있음이 특징이라고 할 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 SN1 반응을 진행했을 경우에는 이론적으로 라세미 혼합물이 형성될 수 있습니다. SN1 반응의 속도 결정 단계에서는 친핵체가 공격하기 전에 먼저 할로젠화알킬 같은 기질에서 이탈기가 떨어져 나가면서 탄소 양이온이 형성되는데요, 이때 중심 탄소는 sp² 혼성화가 되며, 평면 삼각형의 구조를 가지게 됩니다. 즉, 친핵체가 들어올 수 있는 공간이 평면 위에서 120°로 대칭적으로 열리게 됩니다. 이러한 평면 구조를 이루었을 때 친핵체는 평면 구조의 탄소양이온에 대해 앞·뒤 양쪽 면에서 동일한 확률로 접근할 수 있습니다.따라서 만약 출발 물질이 키랄 중심을 가진 할로젠화알킬이었다면, 탄소양이온 형성 단계에서 입체선택성이 사라지며, 따라서 친핵체가 공격할 때 R형 또는 S형 거울상 이성질체가 50:50 비율로 생성됩니다. 결과적으로 이 두 입체이성질체가 동량 섞인 혼합물인 라세미 혼합물이 형성되는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 VNTR을 이용한 DNA 지문법은 1980년대 Alec Jeffreys가 처음 고안한 이후 사람 개체식별, 친자감정, 법의학 분야에서 크게 주목받았던 기법인데요, 이후 STR 분석이나 SNP 분석 같은 다른 분자생물학적 기법들이 등장하면서 현재는 거의 대체되었다고 보시면 됩니다. 우선 장점으로는 높은 다형성을 지닌다는 점인데요, VNTR 영역은 반복 단위가 수십 염기쌍 이상으로 길고, 개체마다 반복 횟수가 크게 차이가 나기 때문에 따라서 개체 간 변별력이 매우 높아 초기의 개인식별 기술로 적합했습니다. 또한 제한효소 절편 길이 다형성(RFLP) 분석과 전기영동만으로 VNTR 차이를 확인할 수 있었기 때문에, 분자생물학적으로 특별히 정교한 장비 없이도 원리를 구현할 수 있었습니다. 이와 함께 이후 STR이나 SNP 분석으로 발전하게 된 기초 기술을 제공했다는 점에서 역사적 의의가 큽니다. 다만 VNTR 분석은 긴 반복 서열을 전기영동으로 구분하는 방식이므로, 상당히 많은 양의 고품질 DNA가 필요했으며 손상된 샘플에서는 적용하기 어려웠습니다. 또한 전통적인 VNTR 분석은 RFLP 방식과 결합되었는데, 제한효소 처리 후 Southern blotting 같은 복잡한 과정을 거쳐야 했기 때문에 시간이 오래 걸리고 자동화가 어렵다는 한계가 있었습니다. 감사합니다.

안녕하세요. 네, 우선 질문해주신 것처럼 RFLP와 VNTR 분석은 모두 DNA 상의 개체 간 변이를 탐지하고, 이를 바탕으로 유전적 구별이나 계통 연구, 법의학적 분석에 활용되는 기법이라는 점에서 유사합니다. 일단 둘 다 DNA 서열 상의 삽입, 결실, 중복 등의 횟수 차이로 인해 절편 길이나 밴드 패턴이 달라지며, 이를 전기영동을 통해 시각화합니다. 또한 특정한 유전자 자리에서 개인별 차이가 뚜렷이 나타나므로, 개인 식별, 친자 확인, 집단 간 유전적 유사성 분석 등에 응용될 수 있으며, DNA를 제한효소 처리 후 겔 전기영동을 수행하여 절편 크기를 비교한다는 공통점이 있습니다.하지만 RFLP는 제한효소 인식 서열의 변이 때문에 절편의 길이가 달라지는 것으로 즉, 서열 자체의 변화가 주요 원인입니다. 반면에 동일한 염기서열 단위가 반복되는 횟수가 다르기 때문에 절편의 길이가 달라지는 것이며 이 경우는 반복수 변이가 핵심입니다. 또한 RFLP는 변이가 제한효소 절단 부위에서만 일어나므로 다형성이 상대적으로 적고, 분해능도 낮은데요, 반면에 VNTR은 반복 횟수의 변화 폭이 크기 때문에 다형성이 높아, 개체 간 식별력도 훨씬 뛰어납니다. 게다가 많은 양의 DNA가 필요한 RFLP와는 달리 VNTR은 PCR 기법을 이용해 소량의 DNA로도 증폭할 수 있고, 개인별 구별력이 뛰어나 현재 법의학, 유전학, 족보 분석 등에서 더 활발히 쓰입니다. 감사합니다.