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. 대전 샘머리초 인근서 승용차 가로수 충돌… 19세 운전자 사망
  2. 대전 일부지역 정비사업 침체 원인은?
  3. 홈플러스 정상화 시동…충청권 8개 점포 영업 재개 추진
  4. 대통령 집무실·국회 의사당 가시화 "행정수도특별법 제정 뒷받침돼야"
  5. '문화재 때문에'… 세종 軍비행장 이전사업 또 늦어진다
  1. 경찰 순환인사 내년 도입 예고… 지역 우수 수사인력 유출현상 우려 목소리
  2. 충남대-국립공주대 통합 '동상이몽'… 리더십 시험대 오른 대학본부
  3. 충남도청 국장급 간부 A씨 경찰 입건…부하 여직원 성추행 혐의
  4. 허태정 "정부 초과세수, 지방교부세로 확대" 전격 건의
  5. 한국에너지기술연구원 수소 누출 사고··· 인명 피해 없어

헤드라인 뉴스


월평정수장 용출수 하루 127톤… 소독부산물도 계속 검출

월평정수장 용출수 하루 127톤… 소독부산물도 계속 검출

대전 월평정수장에서 흐르는 용출수가 하루 127㎥(톤)에 이르고, 소독에 사용되는 염소(CI)가 유기물과 반응해 만들어지는 트리할로메탄(THMs)은 미량이지만 반복적으로 검출되는 것으로 파악됐다. 게다가 정수장 아래 지하수층이 존재하는 게 처음으로 확인됐는데, 물을 품은 포화대가 앞으로 확대될 수 있다는 분석이 나왔다. 대전시상수도사업본부가 본보의 정보공개청구를 통해 공개한 '월평정수장 콘크리트 옹벽 및 지반조사 긴급안전점검 종합보고서'에 따르면 정수장 주변에서 관찰되는 용출수의 하루 유량이 127㎥에 이르는 것으로 조사됐다. 중도..

“예매 7분 만에 웃돈 거래”…암표근절법, 매크로 대응이 관건
“예매 7분 만에 웃돈 거래”…암표근절법, 매크로 대응이 관건

"예매가 시작된 지 7분. 인기 좌석은 이미 웃돈이 붙어 거래되고 있었다." 23일 오전 11시 프로야구 홈경기 예매 창이 열리기가 무섭게 티켓 재판매 플랫폼에는 정가의 2~3배에 달하는 리셀 입장권이 무더기로 쏟아져 나왔다. 정가가 5만 원대 초반인 테이블석은 10만 원, 2만 원인 1루 응원단석은 6만 5000원에 등록됐다. 일반 예매자가 본인 인증과 좌석 선택, 결제를 거쳐 재판매 글까지 작성하기에는 사실상 불가능에 가까운 시간이다. 이 때문에 예매 시작과 동시에 매크로 프로그램이 가동된 것 아니냐는 의혹이 제기되는 이유다...

충남도-15개 시군, 발전 5사 통합 본사 유치 위해 총 결집
충남도-15개 시군, 발전 5사 통합 본사 유치 위해 총 결집

충남도와 도내 15개 시군이 발전 5사 통합 본사 유치 공동 대응, 서산공항 건설 추진 등 정부 차원의 협조가 필요한 지역 현안 해결을 위해 행정력을 총 결집하기로 했다. 도는 23일 도청 대회의실에서 박수현 지사와 15개 시군 시장·군수 등 50여 명이 참석한 가운데 민선 9기 첫 지방정부회의를 개최했다. 이번 지방정부회의는 민선 9기 도와 시군 비전을 공유하고, 상생 발전 방안을 모색하기 위해 마련됐다. 회의를 통해 진행된 시장·군수와의 대화에서는 발전 5사 통합 본사를 충남 지역에 유치해야 한다는 것에 공감대가 모였다. 엄승용..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 도심 속 공원에서 즐기는 물놀이 도심 속 공원에서 즐기는 물놀이

  • 개인형 이동장치 수거차량 ‘무법 질주’ 개인형 이동장치 수거차량 ‘무법 질주’

  • 대전 동부소방서, 온열질환 예방 총력 대전 동부소방서, 온열질환 예방 총력

  • ‘문제 풀고 교통안전 배워요’ ‘문제 풀고 교통안전 배워요’