답변 내역

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.

안녕하세요. 말씀해주신 것처럼 'VNTR(Variable Number Tandem Repeat)'은 반복되는 염기서열의 단위 자체는 동일하지만, 그 반복 횟수가 개체, 집단, 종에 따라 다르게 나타나는 특성을 가지고 있는데요, 이러한 특성을 가지고 있기 때문에 진화적 유연관계 분석에 활용할 수 있는 것입니다. 우선 반복 횟수 차이는 중립적 변이로 작용합니다. VNTR의 반복 횟수 변화는 보통 단순한 삽입/삭제 돌연변이에 의해 생기며, 이는 유전자의 기능과 크게 관련되지 않는 경우가 많은데요, 따라서 선택압보다는 무작위적인 돌연변이와 유전적 부동의 결과로 축적되며, 진화적 시간에 따라 개체군이나 종마다 서로 다른 패턴을 형성하게 됩니다.두번째로는 개체·집단 간 유전적 거리 산출이 가능합니다. 특정 VNTR 자리에서 각 개체의 반복 횟수를 조사하면, 서로 다른 개체군 사이에 얼마나 많은 차이가 있는지를 정량화할 수 있는데요, 이러한 차이를 바탕으로 유전적 거리를 계산하고, 이를 통해 개체군 간 또는 종 간의 계통도를 그릴 수 있습니다.세번째로는 근연종 간 변이 탐지에 유리합니다. VNTR은 짧은 시간 척도에서도 빠르게 변할 수 있기 때문에, 종 수준보다는 아종, 집단, 개체 수준의 관계 규명에 적합한데요, 예를 들어, 같은 종 내에서 집단 간 유전적 유사성, 분화 정도, 이주의 역사 등을 VNTR 데이터로 분석할 수 있습니다. 즉 VNTR의 반복 횟수 차이는 시간에 따라 무작위적으로 축적되는 변이이므로, 이를 여러 유전자 자리에서 비교하면 집단 간의 유전적 유연관계를 추론할 수 있는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요. 질문해주신 것처럼 VNTR과 STR은 모두 DNA 상에서 반복 서열을 활용하는 분자생물학적 기법이지만 차이가 있습니다. 우선 VNTR의 경우에는 보통 10~100 bp 정도의 비교적 긴 서열이 반복되는 경우이며, 이때 반복 횟수가 크게 달라질 수 있어 개인 간 차이가 뚜렷합니다. 예전에는 제한효소 절단 후 전기영동(RFLP) 기법을 이용하여 분석했으며, 현재도 Southern blot 같은 기법으로 확인할 수 있는데요, 방금 전 말한 것과 같이 개인간의 변이 폭이 크기 때문에 친자 감정이나 계통 분석에서 강력한 지표가 될 수 있습니다. 다만 서열이 길고 크기가 커서 PCR 증폭 효율이 낮고, 많은 양의 DNA와 고품질 샘플이 필요합니다.반면에 STR은 보통 2~6 bp 정도의 짧은 서열이 반복되는 경우인데요, 이 역시 반복 횟수 차이에 의해 개인 간 구분이 가능합니다. PCR로 손쉽게 증폭할 수 있고, 형광 표지와 전기영동을 통해 고해상도로 분석할 수 있습니다. 게다가 짧은 반복 단위라서 작은 양의 DNA에서도 쉽게 분석할 수 있고, 분해된 시료에서도 유리하며 따라서 법의학, 개인 식별, 유전자 지도 작성에서 널리 쓰입니다. 단점이라면 반복 단위가 짧아 VNTR에 비해서는 변이 폭은 작습니다. 감사합니다.

안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 알켄의 할로젠 첨가 반응에서 anti-addition이 주로 일어나는 이유는 반응 중간체가 가지는 입체적 제약과 전하 분포 때문인데요, 우선 알켄이 Br₂와 같은 할로젠 분자와 반응할 때, 먼저 π 전자가 할로젠 분자에 공격을 가해 할로늄 이온이라는 삼원환 중간체가 형성됩니다. 이때, Br–Br 결합이 깨지면서 한쪽 Br 원자는 양전하를 띠게 되고, 알켄의 두 탄소와 세 원자 고리를 이루게 되는데요, 이 할로늄 이온은 세각 고리 구조 때문에 매우 입체적으로 긴장되어 있으며, 동시에 고리 내부에는 부분적으로 양전하가 분산되어 있습니다.이후 남아 있는 Br⁻가 친핵체로 작용해 고리를 열게 되는데, 중요한 점은 고리의 같은 면은 이미 전자가 가득 차 있고 Br⁺가 막고 있기 때문에 접근이 불가능하며, 따라서 Br⁻는 반드시 반대쪽에서 공격할 수밖에 없고, 이로 인해 결과적으로 두 할로젠 원자는 서로 반대쪽 입체 배열(anti)로 첨가되는 것입니다.이와 같은 현상은 친핵성 치환 반응에서 SN2 기작의 후면공격과 유사하게, 전자적·입체적 이유 때문에 한쪽 면에서의 공격이 차단되고 반대쪽으로만 반응이 진행되는 과정이라고 이해하시면 됩니다. 감사합니다.