Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 코로나 바이러스와 COVID-19을 진단키트로 구분할 수 있나요?
안녕하세요. 코로나 바이러스는 많은 종류가 있고, 그 중 하나가 COVID-19를 일으키는 SARS-CoV-2입니다. 진단 키트는 특정한 바이러스 유전자나 단백질을 타겟으로 하기 때문에, COVID-19를 진단하는 키트는 일반적으로 SARS-Cov-2에 특이적인 마커를 감지합니다. 따라서 다른 종류의 코로나 바이러스 감염은 COVID-19 진단 키트로는 일반적으로 양성이 나오지 않습니다. 변종 바이러스에 대해서는 대부분의 COVID-19 테스트가 변종을 포함하여 SARS-CoV-2를 감지할 수 있도록 설계되어 있습니다. 변종 사이에도 특정 유전자 시퀀스의 공통성이 있기 때문에 동일하게 양성 결과를 보일 가능성이 높습니다.
Q. 식물이 자라려면 꼭 햇빛이 필요한 것인가요?
안녕하세요. 대부분의 식물은 광합성(photosynthesis)을 통해 성장하기 때문에 햇빛이 필수적입니다. 광합성은 잎 속의 엽록체에서 빛을 사용해 이산화탄소와 물을 포도당과 산소로 전환하는 과정입니다. 이 포도당은 식물의 에너지원이 되어 성장을 돕고, 엽록소를 유지합니다. 그러나 모든 식물이 햇빛을 필요로 하는 것은 아닙니다. 일부 식물은 간접 광이나 인공광(ex : LED)을 통해서도 성장할 수 있으며, 특정 균류나 기생식물은 광합성 없이 영양소를 흡수하며 생존합니다.
Q. 벌들은 벌집을 어떻게 육각형으로 만드는건가요
안녕하세요. 벌들이 벌집을 육각형으로 만드는 이유와 그 과정은 자연의 경이로운 설계 원리로 설명됩니다. 육각형 구조는 공간과 재료를 가장 효율적으로 활용할 수 있는 형태입니다. 육각형 구조는 최소한의 밀랍으로 최대의 공간을 확보할 수 있으며, 인접한 칸끼리 빈틈 없이 결합되므로 열 보존과 강도 면에서도 유리합니다. 벌들은 본능적으로 체온을 이용해 밀랍을 부드럽게 만들고, 이를 일정한 패턴으로 배치합니다. 밀랍이 벌들의 체온으로 약간 녹으면 자연스럽게 표면 장력에 의해 육각형으로 변형됩니다. 이는 곤충의 섬세한 움직임과 물리적인 특성들이 결합된 결과로, 별도의 도움 없이도 정밀한 구조가 형성됩니다.
Q. 상압에서 다이아몬드는 어떻게 합성하는 건가요?
안녕하세요. 국내 연구진은 고온 · 고압 없이 상압(1기압)에서도 다이아몬드를 합성하는 기술을 개발했습니다. 이들은 갈륨, 철, 니켈, 실리콘으로 구성된 액체 금속 합금을 사용해 다이아몬드의 성장을 유도했습니다. 이 방법에서는 1025°C의 온도에서 탄소가 액체 금속 내부로 확산되며, 합금의 하부 표면에서 다이아몬드 결정이 성장합니다. 연구진은 온도와 압력을 빠르게 조절하는 맞춤형 장비를 개발해 실험을 최적화 했습니다. 이 과정에서는 광 발광 분광법을 사용해 다이아몬드 내부에 특수한 실리콘 컬러 센터 구조를 확인했으며, 이는 양자 센서 개발 등 응용 가능성이 높습니다.
Q. 일반화학 수용액은 무엇이 녹아있든 pH + pOH = 14인 이유가 궁금합니다
안녕하세요. 수용액에서 항상 pH + pOH = 14를 만족하는 이유는 물의 자가이온화 평형과 관련이 있습니다. 이 평형은 수용액에서 일어나는 모든 산-염기 반응과 관계없이 유지되며, 이는 물의 이온화 상수 Kw가 온도에 따라 일정한 값을 가지기 때문입니다. 물의 자가 이온화와 평형 상수 순수한 물에서는 다음과 같은 자가이온화 반응이 일어납니다 : H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻ 이 반응의 평형 상수 Kw는 수소 이온과 수산화 이온의 농도 곱으로 표현됩니다. Kw = [H⁺][OH⁻] 25°C에서 Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ 입니다. 이 상수는 항상 일정하게 유지되므로, 어떤 산이나 염기를 수용액에 첨가하더라도, [H⁺]와 [OH⁻]의 곱은 항상 1.0 × 10⁻¹⁴로 일정합니다. 산을 첨가했을 때의 상황 산(HA)을 물에 첨가하면 다음과 같은 반응이 일어납니다 : HA + H₂O → A⁻ + H₃O⁺ 이 과정에서 수소 이온(또는 하이드로늄 이온, H₃O⁺)의 농도인 [H⁺]가 증가합니다. [H⁺]가 증가하면 평형 상수 Kw가 일정하게 유지되기 위해 반드시 [OH⁻]가 감소해야 합니다. 이는 자가이온화 평형에 따라 이루어지며, 물 속의 수산화 이온이 일부 소모되면서 산의 영향을 상쇄하려는 경향을 보입니다. OH⁻의 감소가 보이지 않는 이유 산을 첨가한 화학 반응식에서는 명시적으로 OH⁻가 등장하지 않기 대문에 수산화 이온이 감소하는 것이 직접적으로 보이지 않을 수 있습니다. 하지만 수용액 전체에서는 여전히 물의 자가이온화 반응이 일어나고 있으며, 이로 인해 [H⁺]와 [OH⁻]의 곱이 항상 Kw 값을 만족합니다. 산을 첨가할 때는 [H⁺]가 증가하고, 이를 보상하기 위해 [OH⁻]가 자동으로 감소하게 됩니다. pH + pOH = 14의 유도 pH와 pOH는 각각 수소 이온과 수산화 이온의 농도의 음의 로그입니다 : pH = −log[H⁺], pOH = −log[OH⁻] 이 두 로그 값의 합은 다음과 같이 항상 14가 됩니다 : log(Kw) = log([H⁺][OH⁻]) ⟹ −log(Kw) = −log[H⁺] − log[OH⁻] 따라서, 14 = pH + pOH 이 공식은 수용액에서 어떤 물질이 녹아 있든, 자가이온화 평형이 유지되기 때문에 항상 성립합니다. 산을 첨가하여 [H⁺]가 증가하면, 물의 자가이온화 평형에 의해 [OH⁻]가 반드시 감소하게 됩니다. 이는 자가이온화 상수 Kw를 일정하게 유지하기 위한 자연스러운 반응입니다. 따라서, 수용액에 어떤 산이나 염기가 녹아 있더라도, pH pOH = 14의 관계는 항상 만족됩니다.