안녕하세요? 김석진 전문가입니다.
화학공학
Q. 설탕이나 소금이 썩지 않는 이유가 궁금합니다.
ㅇ설탕과 소금이 썩지 않는 이유는 그들의 특별한 성질 덕분이에요. 먼저, 설탕에 대해 이야기해볼게요. 설탕은 물을 끌어당기는 성질이 강해서, 고농도의 설탕 용액은 삼투압을 높여요. 이렇게 삼투압이 높아지면 미생물이 물을 얻기 어려워져서 살아남기 힘들게 되죠. 예를 들어, 잼이나 시럽처럼 설탕이 많이 들어간 음식에서는 미생물이 자라기 어려워요. 또한, 설탕이 건조한 상태일 때는 물의 활성도가 매우 낮아서 미생물이 생존할 수 없어요. 물의 활성도가 낮다는 건 미생물이 필요로 하는 물을 충분히 얻을 수 없다는 뜻이랍니다.이제 소금에 대해 말해볼게요. 소금도 설탕과 비슷한 방식으로 작용해요. 소금이 물에 녹아서 고농도의 염화나트륨 용액이 되면, 미생물의 세포에서 물이 빠져나가게 만들어 탈수시켜요. 이렇게 되면 미생물은 살 수 없게 되죠. 소금을 많이 사용한 음식, 예를 들면 절임류나 소금에 절인 고기는 이런 원리로 미생물의 성장을 막아요.마지막으로 꿀에 대해서 이야기해볼게요. 꿀은 설탕 농도가 매우 높고 수분 함량이 낮아서 미생물이 생존할 수 없어요. 그래서 유통기한이 없는 거죠. 꿀에는 과산화수소 같은 천연 항균 성분도 들어 있어서 미생물이 자라기 더 힘들게 만들어요.정리하자면, 설탕과 소금은 각각 높은 삼투압과 낮은 물의 활성도로 인해 미생물이 생존할 수 없는 환경을 만들어서 부패를 막아요. 그래서 설탕이나 소금은 썩지 않고, 꿀도 높은 설탕 농도와 천연 항균 성분 덕분에 오래 보관할 수 있는 거랍니다.
화학공학
Q. 바실러스 세레우스균을 억제하는 항생제
ㅇ바실러스 세레우스(Bacillus cereus)를 억제할 수 있는 항생제를 찾으시는군요. 실험을 위해서 어떤 항생제를 선택해야 할지 고민이 많으실 텐데요. 몇 가지 항생제를 추천해드릴게요.먼저, 반코마이신(Vancomycin)은 그람양성균에 효과적이어서 바실러스 세레우스에도 사용할 수 있습니다. 그리고 클린다마이신(Clindamycin)도 좋은 선택이 될 수 있어요. 이 항생제는 여러 종류의 세균에 효과적입니다.또한 클로람페니콜(Chloramphenicol)이라는 항생제도 있는데, 이것은 광범위한 항균 작용을 가지고 있어서 바실러스 세레우스에도 효과가 있을 가능성이 높아요. 젠타마이신(Gentamicin)은 그람양성균과 그람음성균 모두에 효과가 있어요. 마지막으로 테트라사이클린(Tetracycline)도 바실러스 세레우스에 효과가 있을 수 있는 항생제입니다.하지만 바실러스 세레우스는 특정 균주에 따라 항생제에 대한 감수성이 다를 수 있으니까, 선택한 항생제가 효과적인지 확인하기 위해 항생제 감수성 테스트를 먼저 해보는 것이 좋아요. 이런 테스트는 실험에 앞서 꼭 필요하답니다.이 항생제들은 실험실 용품을 취급하는 업체나 제약 회사에서 구입할 수 있습니다. 실험실에서 사용될 제품이므로 구매 전에 사용하려는 균주의 항생제 감수성 데이터를 확인해보는 것도 중요해요. 그리고 실험실 지도 교수님이나 선배 연구원분들에게도 조언을 구해보세요. 도움이 될 거예요.
화학공학
Q. 질산암모늄, 테트릴, 피크린산이 가지고 있는 특징
ㅇ질산암모늄, 테트릴, 피크린산은 모두 폭발성 물질로 다양한 특징을 가지고 있습니다.먼저, 질산암모늄은 NH4NO3라는 화학식을 가진 무기 화합물이에요. 흡습성이 강하고 물에 잘 녹는 무색의 결정체로, 주로 농업에서 비료로 많이 사용되죠. 또한 다이너마이트와 같은 폭발물의 주요 성분으로도 쓰이며, 산화제로도 활용됩니다. 비교적 안정적이지만, 고온이나 압력 하에서는 폭발할 수 있어서 주의가 필요해요.테트릴은 C7H5N5O8이라는 화학식을 가진 고도로 질산화된 유기 화합물이에요. 노란색의 결정성 고체로 약간의 특이한 냄새를 가지고 있죠. 주로 군사 목적으로 고성능 폭발물로 사용되며, 뇌관이나 기폭 장치의 주요 성분으로 쓰입니다. 충격이나 마찰에 민감해서 쉽게 폭발할 수 있는 특성이 있어요. 그래서 다른 물질과 혼합하여 사용되기도 합니다.피크린산은 C6H3N3O7이라는 화학식을 가진 트리니트로페놀(TNP)입니다. 노란색 결정체로, 물에 조금 녹고 약간 쓴맛이 있어요. 군사 및 산업용 폭발물로 사용되며, 염료나 화학 분석 시약으로도 쓰입니다. 충격, 마찰, 열에 민감해서 쉽게 폭발할 수 있기 때문에 조심스럽게 다뤄야 합니다. 또한 금속과 반응하여 금속 피크레이트를 형성할 수 있는데, 이는 더욱 불안정하고 폭발 위험이 크답니다.이렇게 질산암모늄, 테트릴, 피크린산은 각기 다른 특성과 용도를 가지고 있지만, 모두 폭발성 물질이라는 공통점이 있어요. 안전하게 다루기 위해서는 각각의 성질을 잘 이해하고 있어야 한답니다.
화학공학
Q. 다이너마이트를 우주로 가지고 갈 수 있나요?
다이너마이트를 우주로 가져가는 것은 가능하지만 여러 가지 문제가 있어요. 다이너마이트는 고온과 충격에 민감한 폭발물이기 때문에 우주로 가는 과정에서 폭발할 가능성이 크죠.먼저 로켓이 발사될 때 아주 높은 온도와 압력이 발생해요. 이런 조건에서는 다이너마이트가 폭발할 수 있기 때문에 특별한 보호 장치 없이 운반하는 것은 위험하죠.또한 로켓 발사 시 발생하는 진동과 충격도 다이너마이트에게는 큰 위협이 돼요. 이런 충격들이 폭발 위험을 높이게 되니까요.우주 탐사에서는 아주 엄격한 안전 규정이 있어서 폭발물 운반이 철저히 규제되고 있어요. 다이너마이트를 안전하게 운반하려면 기술적, 규제적 장애물이 많답니다.그리고 다이너마이트는 민감한 폭발물이라 우주 환경에서 관리하기가 어려워요. 극한의 온도 변화와 무중력 상태에서 안전하게 저장하고 사용하는 것이 어렵기 때문이죠. 폭발물이기 때문에 우주선 내부나 우주 정거장에서 사용되는 모든 시스템과 장비에도 위험 요소가 됩니다.대신, 우주에서는 더 안전하고 효과적인 대체물이 사용돼요. 예를 들어, 고체 로켓 연료나 특수 설계된 폭약 등이 있어요. 이런 것들은 우주의 극한 환경에서도 안정적으로 작동하도록 설계되었어요.결론적으로, 다이너마이트를 우주로 직접 운반하는 것은 고온, 압력, 충격 등 여러 문제 때문에 매우 위험하고 비효율적이에요. 우주 탐사에서는 더 안전하고 효과적인 대체물이 사용된답니다.
화학공학
Q. Aldol 반응의 최신 연구 최근 동향이 궁금합니다.
Aldol 반응은 유기합성 화학에서 매우 중요한 반응으로, 최근 연구에서는 효율성과 선택성을 높이기 위한 다양한 접근이 시도되고 있습니다. 특히 촉매 개발, 새로운 반응 조건 설정, 비전형적 기질 사용 등 여러 방면에서 혁신적인 연구가 이루어지고 있는데, 이들이 유기합성 화학에 미치는 영향도 상당히 큽니다.우선, 효율성과 선택성을 동시에 높일 수 있는 촉매 개발에 많은 노력이 기울여지고 있습니다. 유기 촉매 분야에서는 프로린 및 그 유도체가 주목받고 있습니다. 프로린 유도체는 고효율적이고 높은 에나티오선택성을 제공하는 촉매로 널리 연구되고 있는데, 프로린을 기반으로 한 촉매는 다양한 비대칭 Aldol 반응에서 좋은 성능을 보입니다. 또한, 아미노산 유도체를 사용한 비대칭 촉매도 환경 친화적이면서 높은 선택성을 유지할 수 있어 유망한 연구 분야입니다. 금속 촉매 분야에서는 리간드와 금속이 결합된 복합체가 높은 효율성과 선택성을 제공하는데, 특히 금, 팔라듐, 로듐 등의 금속이 사용됩니다. 이러한 복합체는 일반적으로 비대칭 Aldol 반응에서 높은 성능을 보이며, 두 가지 이상의 금속을 조합하여 시너지 효과를 내는 이종금속 촉매도 연구되고 있습니다.새로운 반응 조건을 설정하는 연구도 활발합니다. 마이크로파 보조 합성은 반응 시간을 크게 줄이고, 반응 수율을 높이는 데 효과적입니다. 마이크로파를 이용한 반응은 특히 효율성을 극대화할 수 있는 방법으로, 많은 연구자들이 주목하고 있습니다. 또한, 초임계 이산화탄소를 용매로 사용하는 반응도 친환경적이며, 반응 효율을 높일 수 있는 방법으로 연구되고 있습니다. 초임계 CO2는 용매로서의 특성을 살려 반응 환경을 개선하는데, 이는 환경적 부담을 줄이고 효율을 높이는 데 기여합니다. 무용매 반응 역시 환경 친화적인 접근법으로, 폐기물을 줄이고 반응 선택성과 효율을 높이는 연구가 진행되고 있습니다. 이는 화학 공정의 지속 가능성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.비전형적 기질을 사용하는 새로운 Aldol 반응도 연구되고 있습니다. 전통적으로 사용되지 않던 다양한 알데하이드와 케톤을 기질로 사용하는 연구가 진행되고 있는데, 이는 새로운 구조의 화합물을 합성할 수 있는 가능성을 열어줍니다. 이러한 연구는 복잡한 분자의 합성에서 중요한 도구가 될 수 있으며, 기존의 Aldol 반응에 비해 구조적으로 복잡한 카보닐 화합물을 사용하는 접근도 활발합니다. 이는 기존에 합성하기 어려웠던 복잡한 구조의 화합물들을 더 쉽게 합성할 수 있게 하여 신약 개발, 천연물 합성, 기능성 재료 합성 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다.이러한 최신 연구는 유기합성 화학에 큰 영향을 미칩니다. 효율성과 선택성이 높은 새로운 촉매와 반응 조건의 개발은 더 빠르고 경제적인 합성을 가능하게 하여, 산업적 응용에서 비용 절감과 생산성 향상에 기여합니다. 또한, 비전형적 기질을 사용하는 새로운 Aldol 반응은 기존에 합성하기 어려웠던 복잡한 구조의 화합물을 더 쉽게 합성할 수 있게 하여 신약 개발, 천연물 합성, 기능성 재료 합성 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 이와 같은 발전은 유기합성 화학의 새로운 가능성을 열어주며, 화학적 다양성을 확장시키고, 친환경적이고 지속 가능한 화학 공정을 개발하는 데 중요한 기여를 하고 있습니다. 최신 연구 동향을 통해 Aldol 반응의 효율성과 선택성을 높이는 방법이 지속적으로 발전하고 있으며, 이는 유기합성 화학의 여러 응용 분야에서 매우 중요한 역할을 하고 있습니다.