국내 연구진, 화학반응 교차점 반응 메커니즘 규명

  • 경제/과학
  • 기업/CEO

국내 연구진, 화학반응 교차점 반응 메커니즘 규명

  • 승인 2017-12-03 10:27
  • 신문게재 2017-12-04 12면
  • 방원기 기자방원기 기자
22
반응교차점에서 시작된 반응 그래프, 단열반응경로(빨간색)와 비단열반응경로(파란색)로 나눠진다.
반응교차점 메커니즘 개념도
반응교차점 메커니즘 개념도
우경철 박사과정, 김상규 교수, 강도형 박사과정
왼쪽부터 우경철 박사과정, 김상규 교수, 강도형 박사과정
국내 연구진이 분자의 결합이 화학 반응에 대한 인식을 바꿔 줄 반응 메커니즘을 규명했다.

3일 KAIST에 따르면 화학과 김상규 교수 연구팀이 분자의 결합이 떨어지는 화학반응의 교차점에서 발생하는 두 가지 반응 경로를 실시간으로 관찰해 정확한 속도를 측정하는 데 성공했다.

빛을 받아 일어나는 화학반응은 전자적으로 들뜬 상태에서의 상호작용을 통해 발생한다. 일반적으로 전자상태 간의 상호작용은 한 개의 경로를 갖는 것이 보통이다. 하지만 양자상태에 따라 반응속도가 변하는 현상이 종종 발견되기도 한다.

이렇게 두 개 이상의 서로 다른 성격을 지닌 위치에너지곡면들이 교차하는 지점을 원뿔형 교차점(conical intersection)이라고 부른다. 이 구간은 화학반응에 대한 양자역학적 기술을 가능케 하는 '본-오펜하이머 가정(Born Oppenheimer approximation)'이 성립하지 않는 영역으로 알려져 있다.

김 교수는 2010년 분광학적 방법을 통해 이 원뿔형 교차점의 존재를 발견했고 이는 곧 에너지곡면 교차점의 양자상태 반응의 시작점임을 증명했다. 여기서 출발한 반응은 매우 다른 반응속도를 가진 서로 다른 두 경로로 분리돼 진행된다는 것도 밝혔다.

그러나 일반적인 분광법을 통해서 교차점의 시작점은 알 수 있었지만 각 곡면이 갖는 속도를 측정하는 것은 불가능했다.

연구팀은 기존의 분광법이 아닌 피코초(1조분의 1초) 시간분해능 분광법을 이용했다. 기존 기술은 나노초를(10억분의 1초) 기반으로 한 실험을 이용한하기 때문에 에너지 부분에서는 정확하게 측정할 수 있지만 나노초로는 반응의 속도를 측정할 수 없다. 화학반응이 나노초 이내에서 이뤄지기 때문이다.

연구팀의 피코초 시간분해능 분광법은 에너지와 시간 모두 정확하게 측정할 수 있기 때문에 원하는 결과를 얻을 수 있었다.

연구팀은 본-오펜하이머 가정이 성립하는 단열 반응(adiabatic reaction)과 본-오펜하이머 가정이 성립하지 않는 비단열 반응(non-adiabatic reaction) 각각 두 개의 경로가 활성화되고 반응 속도 뿐 아니라 생성물의 에너지 분포 등이 큰 차이를 보임을 확인했다.

자유도의 수가 많은 복잡한 분자 반응에서 양자상태에 근거한 반응교차점에서의 비 단열성을 정량적으로 관찰하고 설명한 경우는 처음이다. 이를 통해 향후 있을 이론적, 실험적 연구의 촉진에 기여할 것으로 기대된다.

김 교수는 "기초과학 연구는 인류가 자연을 이해하고 지혜롭게 이용하는데 필수적이며 기초과학의 발전 없이 새로운 기술적 진보를 기대하기는 힘들다"며 "이번 연구를 통해 기초과학의 연구에 열정을 다할 수 있는 젊은 학문적 기대주들이 많이 성장할 수 있길 바란다"고 말했다.

한편, 김 교수는 지난 2010년 실험을 통해 두 반응의 위치에너지의 곡면이 만나는 화학반응의 핵심인 '원뿔형 교차점'의 존재와 분자구조를 규명한 바 있다. 이번 연구를 통해 화학반응의 교차점에서 발생하는 두 반응의 속도를 정확하게 측정함으로써 관련 연구의 이론적, 실험적 발전에 기여할 것으로 기대된다.

우경철, 강도형 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 '미국화학회지(JACS)' 11월 7일자 온라인 판에 게재됐다.
방원기 기자 bang@

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 중기부 이어 국정자원마저?… 대전, 또 ‘기관 이탈’ 위기감
  2. 연이틀 대전 도심서 흉기 난동 발생… 대사동서 60대 체포
  3. 광복 81주년 앞두고 대전서 5번째 황국신민서사비 확인
  4. 대학혁신 재원 줄었지만… 한남대 사업비 23.6% 늘었다
  5. 세종 아파트 전세가 대폭 하락
  1. 경산시, 경산갓바위소원성취축제 추진계획 심의
  2. 시민 성금으로 세운 '대전 을유해방기념비', 대전시 등록문화유산 됐다
  3. '읍면 공동주택' 1.2만 호 무산 여파… 세종시 후속 대책 추진
  4. 건고추 100%로 속여 판 충북 옥천 식품업체 대표, 벌금 8억 7000만원 선고
  5. 본보 임병안·임효인·이현제 기자 ‘제20회 참글상’ 영예

헤드라인 뉴스


중기부 이어 국정자원마저?… 대전, 또 ‘기관 이탈’ 위기감

중기부 이어 국정자원마저?… 대전, 또 ‘기관 이탈’ 위기감

지난해 화재가 발생한 국가정보자원관리원(이하 국정자원) 본원에 대해 정부가 이전을 추진 중인 가운데, 대전 이탈 우려가 커지고 있다. 2030년까지 대전 본원이 폐쇄 수순을 밟으며 대체부지 검토가 이뤄지는 상황에서 최근 세종시가 정부에 유치 의사를 밝히면서다. 이미 대전은 민선 7기 당시 중소벤처기업부의 세종 이전 등 기관 이탈을 경험해 국정자원마저 타 지역에 내줄 수 있다는 위기감이 고조되는 분위기다. 대전시와 지역 정치권은 즉각 대응하며 대전 내 이전·잔류 입장을 분명히 밝혔다. 14일 중도일보 취재결과, 전날에 열린 민선 9기..

올 가을 행정수도특별법 결실 맺나… 연내 제정 기대감 커져
올 가을 행정수도특별법 결실 맺나… 연내 제정 기대감 커져

행정수도특별법 연내 제정 가능할까. 앞서 범국민적 연대 조직이 닻을 올린 데 이어 전국적인 공감대 형성을 위한 움직임이 가시화되면서, 법안 제정을 실현할 긍정적 분위기가 형성되고 있다. 특히 시민사회의 협력과 전국 시·도지사들의 지지를 발판삼아 본격 법제화 행보에 돌입한 가운데, 올 가을 정기국회에서 '특별법 제정'이란 결실을 거둘 수 있을지가 초미의 관심사다. 조상호 세종시장은 14일 서울에서 열린 제61차 대한민국시도지사협의회 총회에서 행정수도특별법의 연내 제정을 위한 전국적 지지를 요청하고 나섰다. 조 시장은 "올해는 20여..

충남대·공주대 통합대학 명칭 ‘충남대’로… 법적 대표주소 대전
충남대·공주대 통합대학 명칭 ‘충남대’로… 법적 대표주소 대전

통합을 추진중에 있는 충남대와 국립공주대의 통합대학 밑그림이 구체화 됐다. 통합대학은 '충남대학교'라는 이름을 사용하고 법적 대표주소는 대전으로 정하되, 대전과 공주에 통합본부를 두고 캠퍼스별 특성에 따라 주요 행정기능을 분담하는 방식으로 운영될 전망이다. 양 대학은 14일 세종공동캠퍼스 학술문화지원센터에서 양교 총장과 통합준비위원회 관계자들이 참석한 가운데 그동안의 통합 추진 경과와 주요 쟁점에 대한 협의 결과를 중간 발표했다. 이번 조정안에 따라 통합대학의 교명은 충남대학교로, 법적 대표주소는 대전으로 정해졌다. 통합본부는 대전..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 백중사리 기간에 침수된 보령시 오천항 일대 백중사리 기간에 침수된 보령시 오천항 일대

  • ‘자동차 불법 튜닝 안됩니다’ ‘자동차 불법 튜닝 안됩니다’

  • 대전시-더불어민주당 대전시당 당정협의회 대전시-더불어민주당 대전시당 당정협의회

  • 대전 가장교 시멘트 떨어짐 현상…시민들 안전 ‘위협’ 대전 가장교 시멘트 떨어짐 현상…시민들 안전 ‘위협’