정답
㉠은 탈질작용(denitrification)이며, ㉡의 화학식은 \( \mathrm{N_2} \)이다.
출제 의도
이 문항은 질소 순환에서 질화·탈질·아나목스(anammox) 반응의 개념을 정확히 구분하고, 각 과정에서 생성·소모되는 질소 화학종을 이해하고 있는지를 평가한다.
풀이 과정
문제에서 질화작용은 세균에 의해 \( \mathrm{NH_4^+} \)가 \( \mathrm{NO_2^-} \), 이어서 \( \mathrm{NO_3^-} \)로 산화되는 과정이라고 설명되어 있다.
이와 대비되는 과정으로, \( \mathrm{NO_3^-} \)가 환원되어 \( \mathrm{N_2} \)로 전환되어 대기로 방출되는 과정을 묻고 있다.
이 과정은 산소가 부족한 조건에서 세균에 의해 일어나는 탈질작용(denitrification)으로, 괄호 (㉠)에 해당한다.
또한 문제의 후반부에서는 Planctomycetota 문에 속한 일부 세균이 수행하는 아나목스(anammox) 반응을 설명하고 있다.
아나목스 반응은 다음과 같이 암모늄 이온과 아질산 이온이 반응하여 질소 기체를 생성하는 과정이다.
$$ \mathrm{NH_4^+ + NO_2^- \rightarrow N_2 + 2H_2O} $$
따라서 생성물 중 물 \( \mathrm{H_2O} \)와 함께 생성되는 물질 (㉡)은 질소 기체 \( \mathrm{N_2} \)이다.