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. 양승조 수자원공사 사장 본격 업무 돌입 "지역발전 버팀목"
  2. 천안시, 천안삼거리초서 '아침밥 먹기' 캠페인 전개
  3. 유성경찰서·유성구보건소, 정신질환자 위기대응 협력 강화
  4. 방과 후에도 이어지는 배움과 돌봄…대전 초등학교 2곳 전국서 인정
  5. 조상호 세종시장, '아시안 패러게임' 주역 격려
  1. 한국수자원공사(K-water) 제17대 양승조 사장 취임
  2. 대전 서구의회, 제300회 정례회 돌입…행감·내년도 예산안 심사
  3. 대한민국 청소년 국가대표 선수단, 그리스 오픈 태권도 대회서 압도적 기량 과시
  4. 화제 드라마 ‘100일의 거짓말’ 실제 무대, 논산 선샤인랜드 ‘시간여행 테마파크’ 재탄생
  5. 천안시, '제30회 전국농아인대회' 성료…권익 증진·화합 다져

헤드라인 뉴스


충남대 통합 재추진, 학생 권익 보장이 관건…16일 통합추진위서 재투표 일정 확정

충남대 통합 재추진, 학생 권익 보장이 관건…16일 통합추진위서 재투표 일정 확정

충남대가 국립공주대와의 통합을 재추진하는 가운데 학생사회가 재투표 방식 개선과 통합 이후 권익 보장을 요구하면서, 대학본부가 내놓은 보완책이 구성원들의 동의를 얻어낼 수 있을지 관심이 쏠리고 있다. 충남대는 통합신청서 원안은 유지하면서 구성원 권익 보호 대책을 보완하는 방향을 택했다. 15일 충남대에 따르면 대학본부는 16일 오후 열리는 통합추진위원회에서 충남대 구성원을 대상으로 한 재투표 일정을 심의·확정할 예정이다. 현재 중앙선거관리위원회 온라인투표시스템을 활용해 3일간 투표를 진행하는 방안이 실무 차원에서 마련됐다. 지난 9월..

AI활용 시헙 부정행위 `주의보`... 수능 비상 경고등
AI활용 시헙 부정행위 '주의보'... 수능 비상 경고등

올해 세무사 자격시험 수석 합격자가 인공지능(AI) 기능이 탑재된 '스마트안경 부정행위'를 인정하고, 최근 중고교 내신시험과 대학 중간·기말고사에서 스마트안경을 이용한 부정행위가 잇따라 적발됐다. 당장 오는 19일 치러지는 대학수학능력시험에서 AI 부정행위 시험 관리에도 비상이 걸렸다. 올해 세무사 자격시험 수석 합격자가 '스마트안경 부정행위' 의혹을 받자 부정하다 최근 부정행위를 인정하고 경찰에 자수했다. 수석 합격자 A씨는 15일 자신의 법률대리인인 법무법인 노바 이돈호 변호사 유튜브에 출연해 "저는 세무사 1, 2차 시험에서..

은행권 모기지보험 가입 문 연다... 대출 문턱 낮춰
은행권 모기지보험 가입 문 연다... 대출 문턱 낮춰

은행권이 그동안 주택담보대출 규제로 중단했던 모기지보험 가입 문을 열고 있다. 모기지보험 미가입 시엔 소액 임차보증금을 뺀 금액만 대출이 가능해 사실상 대출 한도가 줄었으나, 일부 은행권에서 가입을 재개하면서 대출 문턱이 낮아지는 모습이다. 15일 금융권 등에 따르면 하나은행은 고정형 주택담보대출 모기지보험 제한을 해제한 데 이어 변동형 주담대에 대한 모기지보험(MCI·MCG) 취급을 재개했다. MCI·MCG는 주택담보대출과 동시에 가입하는 보험으로 기존엔 이 보험이 없으면 소액 임차보증금을 뺀 금액만 대출이 가능해졌으나 가입을 열..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 3~4학년부 예선 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 3~4학년부 예선

  • 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 5~6학년부 예선 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 5~6학년부 예선

  • 한국수자원공사(K-water) 제17대 양승조 사장 취임 한국수자원공사(K-water) 제17대 양승조 사장 취임

  • 충청권 메가프로젝트 착공식에 참석해 시삽하는 이재명 대통령 충청권 메가프로젝트 착공식에 참석해 시삽하는 이재명 대통령