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. KAIST 배상민 교수팀, 식수 고민 담은 '솔라스틸 박스' 레드닷 디자인 '대상'
  2. GS25 천안봉명으뜸점, 천안시 봉명동 '봉명천사의 집' 등록
  3. 연휴 집중호우, 충청권 아직 큰 피해 없어… 19일까지 최대 200㎜
  4. 대전시 국방 과학수도 날개단다
  5. 천안문화재단, 28일부터 '인디피크닉 in 천안' 운영
  1. 천안교육지원청, 학생참여예산학교 운영
  2. 천안시보건소, HPV 무료 예방접종 당부…"여름방학이 기회"
  3. 천안서북소방서, 관서장 주관 비위·부조리 근절 교육 실시
  4. 대진기공·문래자동차공업주식회사, 천안지역 취약계층 후원금 기탁
  5. 상명대 주관 '웹툰로드' 참가단, 태국 문화부 장관과 간담회

헤드라인 뉴스


홈 첫 승 또 무산된 대전, 끓어오르는 팬심에 ‘황선홍 퇴진’ 요구 빗발(영상포함)

홈 첫 승 또 무산된 대전, 끓어오르는 팬심에 ‘황선홍 퇴진’ 요구 빗발(영상포함)

대전하나시티즌이 지독한 '홈 무승'의 늪에서 좀처럼 빠져나오지 못하고 있다. 18일 대전월드컵경기장에서 열린 하나은행 K리그1 2026 18라운드, 울산 HD와의 홈경기에서 대전은 승리를 목전에 두고도 2-2 무승부를 거두며 다시 한번 고개를 숙였다.이날 대전은 전반 하창래와 서진수의 연속골로 2-0 리드를 잡으며 홈 첫 승의 기대감을 한껏 높였다. 전반전 대전의 경기력은 올 시즌 홈 경기 중 단연 최고였다. 강도 높은 전방 압박과 유려한 패스 전개는 강력한 우승 후보인 울산을 상대로도 전혀 밀리지 않는 모습이었다. 상대가 하프라인..

피해구제 사각지대 놓인 홈플러스 입점업체들
피해구제 사각지대 놓인 홈플러스 입점업체들

"지난해 3월 홈플러스가 회생절차에 들어간 이후 마트를 찾는 고객들의 발길이 뚝 끊겼습니다. 마트 이용객이 줄다 보니 저희 같은 입점업체에도 손님이 찾아오지 않습니다. 이제는 차라리 청산절차가 조속히 진행돼 손실을 조금이라도 줄였으면 하는 마음이 더 큽니다." 지난 15일 홈플러스 유성점에서 기자와 만난 한 입점업체 대표의 하소연이다. 이 업체의 매출은 입점 초기와 비교해 80~90%가량 감소했다. 이전부터 영업 상황이 좋지 않았지만, 지난해 3월 홈플러스가 기업회생절차에 들어간 이후 매출 감소세가 더욱 가팔라졌다. 마트에서 판매하..

기준금리 인상에 대출 수요자 한탄... 높은 금리·낮은 한도에 `한숨`
기준금리 인상에 대출 수요자 한탄... 높은 금리·낮은 한도에 '한숨'

기준금리가 3년 6개월 만에 인상되면서 가계대출을 받으려는 수요자들의 한탄이 곳곳에서 터져 나오고 있다. 주요 시중은행 주택담보대출 금리 상단이 7%를 넘어선 상황에서 기준금리 인상에 따라 8%대 진입 가능성까지 제기되면서 차주들은 이자 부담에 막막함을 토로한다. 여기에 은행권이 대출 조이기에 들어가며 한도가 남은 영업점을 찾아 나서는 등 돈 빌리기가 어려워졌기 때문이다. 19일 금융권에 따르면 16일 기준 KB국민·신한·우리·하나·농협은행 등 5대 시중은행 주택담보대출 혼합형(고정) 금리(은행채 5년물 기준)는 연 4.77~7.4..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 장마 주춤한 사이 활짝 핀 개망초 장마 주춤한 사이 활짝 핀 개망초

  • 무더위 피해 서점에서 북캉스 무더위 피해 서점에서 북캉스

  • 실종된 태극기 실종된 태극기

  • ‘제헌절에 대해 공부해요’ ‘제헌절에 대해 공부해요’