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. 제천시장기 파크 골프대회 개막식서 항의 소동… 시장 축사 중단
  2. 충남도 인구 214만 돌파…사상 최대치 경신
  3. 아산시, '선장포 노을맛집' 축제 성료
  4. 2금융권 예금금리 높이며 금리경쟁 대열 합류... 대전 비은행금융기관 수신도 늘까
  5. 추미애 경기도 지사, 농업인 보호 의지 밝혀
  1. 김종서 장군 역사적 가치 널리… 세종시, 해군과 교류 넓힌다
  2. [2026 청양 어린이 안전골든벨] 청양 퀴즈왕 '청양초 5학년 박찬희'… "내년 2연패 도전할 것"
  3. [공주다문화] 한국전력공사 공주청양지사, 추석 명절 맞아 공주시가족센터에 온정의 식료품 키트 후원
  4. [2026 청양 어린이 안전골든벨] 퀴즈왕 자리 놓고 5학년vs3학년 치열한 경쟁… 패자부활전서 기사회생 한 5학년 청양 퀴즈왕 등극
  5. [논산다문화] 후무스와 피데로 맛보는 튀르키예의 따뜻한 환대

헤드라인 뉴스


통합 국군사관학교 대전 창설 제동 걸리나… 정부가 띄우고 지역은 부담만

통합 국군사관학교 대전 창설 제동 걸리나… 정부가 띄우고 지역은 부담만

이재명 정부가 약속한 통합 국군사관학교 대전 창설이 자칫 제동 걸리지 않을지 우려가 크다. 강신철 국방부 장관이 정부가 대전 자운대로 발표한 통합 사관학교 위치를 재조정할 수 있음을 시사하는 발언을 했기 때문이다. 충청권에선 불과 수개월 만에 정부의 국방 현안이 손바닥 뒤집듯 번복되는 건 아니냐는 걱정이 나온다. 대전시 역시 통합 국군사 창설을 염두해 두고 관련 정책을 준비해 왔지만, 오락가락하는 정부 방침에 부담만 떠안게 될 처지다. 강신철 국방부 장관은 9일 서울 국방부 청사에서 각 군 사관학교 총동창회장들과 만나 국군사관학교..

충남 4개 권역, 해수부 ‘어촌뉴딜3.0’ 공모 선정 쾌거
충남 4개 권역, 해수부 ‘어촌뉴딜3.0’ 공모 선정 쾌거

충남도는 해양수산부 주관 '2027년도 어촌뉴딜3.0 사업' 공모에서 4개 시군 4개 권역이 최종 대상지로 선정돼 총 400억 원(국비 280억 원, 지방비 120억 원)을 확보했다고 9일 밝혔다. '어촌뉴딜3.0'은 인구 감소와 고령화로 인한 어촌 소멸 위기를 극복하고, 청년 및 귀어·귀촌 세대의 안정적인 유입·정착을 도모하기 위해 열악한 어항·정주 환경을 대대적으로 개선하고 자립형 경제·생활 플랫폼을 조성하는 사업이다. 이번 공모에는 도내 5개 시군에서 6개 권역을 신청했으며, 치열한 평가를 거쳐 전국 40개 선정 대상지(경제도..

이 대통령 "소방 재원 안정적 확보·국민 안전 투자도 확대" 약속
이 대통령 "소방 재원 안정적 확보·국민 안전 투자도 확대" 약속

이재명 대통령은 9일 "소방 재원을 안정적으로 확보하고 국민 안전을 위한 투자도 더욱 확대해 나가겠다"고 밝혔다. 이 대통령은 이날 오전 세종시 나성동에 있는 세종예술의전당에서 '목숨을 살리고 세상을 지키는 작은 신, 대한민국 소방'을 주제로 열린 제64주년 소방의 날 기념식 기념사를 통해서다. 이 대통령은 "대한민국 소방은 한 치 앞이 보이지 않는 불길 속과 언제 무너질지 모르는 건물 안에서 국민의 생명을 구해내며 작은 신의 역할을 대신하는 영웅"이라며 유능한 소방관이자 든든한 남편, 자랑스러운 아버지를 떠나보낸 유가족을 위로를..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 2026년산 공공비축미곡 매입 2026년산 공공비축미곡 매입

  • 이재명 대통령, 제64주년 소방의 날 기념식 참석 이재명 대통령, 제64주년 소방의 날 기념식 참석

  • 대전 국제 와인엑스포 ‘북적’ 대전 국제 와인엑스포 ‘북적’

  • 깊어가는 가을과 낙엽 깊어가는 가을과 낙엽