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. 내년 세종에 '로봇위성 개발기업' 들어선다… 우주산업 기반 확대 기대감
  2. 세종 행정수도법, 축조심사 마쳤지만…소위 결론은 12월로
  3. 자운대 통합사관학교 흔들고 육사 이전설까지… 충청권 출혈 경쟁 부추기나
  4. "충남도·(주)한국발전, 최상의 파트너"… 통합본사 충남 유치 당연
  5. ‘통합 재투표를 반대한다’
  1. 대전 빈집 1486호 남았다… 대덕구에 452호 집중
  2. 대전시장애인체육회-장애인단체총연합회, 생활체육 확대 협약 체결
  3. [춘하추동] 받는 것, 주는 것, 그리고 잃는 것
  4. [르포] 육교 아래 흡연부스…담배 연기 퍼지는 신탄진역 광장
  5. 충남대 통합 재추진 앞두고 학생사회도 공동행동 .. 재투표 방식 권익 보장 요구

헤드라인 뉴스


동창회 의견은 묻고 대전시는 패싱…통합 사관학교 `일방통행`

동창회 의견은 묻고 대전시는 패싱…통합 사관학교 '일방통행'

대전 자운대 국군사관학교 창설을 추진해 온 정부가 대전시와 사전 협의 없이 기존 통합안의 수정을 추진하면서 정책 변경 과정을 둘러싸고 '일방통행' 논란이 일고 있다. 자운대행을 결사 반대해 온 사관학교 총동창회와는 자문기구 참여로 응답하면서, 정부 발표를 믿고 후속 구상을 마련해 온 대전시는 논의 과정에서 배제했기 때문이다. 정부가 내세웠던 국방·과학기술 융합의 명분보다 군 내부 반발을 달래는 일이 앞선 것 아니냐는 비판을 피하기 어렵게 됐다. 11일 국회 국방위원회 소속 의원들에 따르면 국방부는 이르면 2029학년도 입학생부터 국..

충남 15개 시·군 전역 뚫렸다…`최후 저지선` 계룡마저 재선충병 감염 노출
충남 15개 시·군 전역 뚫렸다…'최후 저지선' 계룡마저 재선충병 감염 노출

충남 서해안을 중심으로 급속하게 세력을 넓히던 소나무재선충병이 도내 최후의 저지선이던 계룡시마저 뚫었다. 이로써 충남 15개 시·군 전역이 소나무재선충병 위험권에 노출됐으며, 인접한 대전과 세종 등 내륙 중심부로의 추가 확산 우려까지 제기되는 모습이다. 충남도와 계룡시 등에 따르면, 이달 10일 계룡시 두마면 일원에서 소나무재선충병 감염목 8그루가 최종 확인됐다. 그동안 충남도 내 소나무재선충병은 소나무 군락지가 밀집한 서해안의 서천·보령·태안과 내륙 산악지대인 청양군 등에서 피해가 집중돼 왔다. 9일까지 계룡시를 제외한 충남 14..

대전 주요 외식메뉴 전 분야서 상승세… "외식 부담되서 못하겠네"
대전 주요 외식메뉴 전 분야서 상승세… "외식 부담되서 못하겠네"

대전 주요 외식 메뉴가 전 분야에서 상승하면서 서민들의 외식비 부담을 키우고 있다. 주요 원재료 가격과 인건비 상승 등이 주된 원인으로 분석되는데, 일부 품목은 전국에서 가격이 가장 높게 책정되고 있다. 11일 한국소비자원 가격정보포털 참가격에 따르면 9월 기준 대전 소비자 선호 8개 외식 메뉴 평균 가격은 1년 전보다 전 품목에서 인상한 것으로 집계됐다. 8개 외식 메뉴는 냉면과 비빔밥, 김치찌개 백반, 삼겹살, 자장면, 삼계탕, 칼국수, 김밥 등이다. 한국소비자원은 지자체에서 표본 조사한 외식 메뉴 가격을 평균 낸 결과를 참가격..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘수험생 여러분의 꿈을 응원합니다’ ‘수험생 여러분의 꿈을 응원합니다’

  • 이륜차 불법 변경 합동 단속 이륜차 불법 변경 합동 단속

  • 함께 배우고 체험하는 피크닉 함께 배우고 체험하는 피크닉

  • ‘통합 재투표를 반대한다’ ‘통합 재투표를 반대한다’