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. 경기도, 파주 미래도시 청사진 확정
  2. 허태정표 ‘대전예술가의집 시민 환원’ 현실화되나…관건은 이전 대책
  3. 허태정號 온통대전 부활 예고... 관건은 예산 확보
  4. 포스트 지방선거 공공기관 2차 이전 부상…李대통령 8일 언급하나
  5. 세종시 장애인단체연합회 13개 회원사, 12~13일 어울림 행사 연다
  1. 올 첫 총경급 정기인사… 충청 4개 시·도에서 59명 자리 옮겨
  2. [오늘과내일] 재건축은 자산가치와 공동이익을 균형있게 추구해야
  3. [월요논단] 고향사랑기부, 국민 참여로 지역을 살린다
  4. [대전에서 신화 읽기] 제16장-숭어리샘, 나르키소스를 넘어서
  5. 포스트 6ㆍ3 충청 與野 "이번엔 집안 싸움…" 다시 후끈

헤드라인 뉴스


내신 5등급제로 완화됐지만… 충청 학업중단 고1 더 늘었다

내신 5등급제로 완화됐지만… 충청 학업중단 고1 더 늘었다

고교 내신이 9등급제에서 5등급제로 완화됐지만 충청권 일반고 1학년 학업중단 규모는 오히려 커진 것으로 나타났다. 충남과 세종은 전국 평균을 웃도는 증가율을 보이며 학교를 떠나는 학생이 증가하는 추세를 보였다. 7일 종로학원이 전국 일반고 1703곳의 학교알리미 공시자료를 분석한 결과 2025년 대전·세종·충남·충북의 고1 학업중단자는 1132명으로 집계됐다. 전년 1063명보다 69명 많아 6.5% 상승했다. 같은 기간 전국 일반고 전체 학업중단 증가율 0.9%를 크게 웃도는 수치다. 충남 고1 학업중단자는 2024년 429명에서..

李, 신임총리 후보자 한성숙 발탁…충청 총리 기대는 무산
李, 신임총리 후보자 한성숙 발탁…충청 총리 기대는 무산

이재명 대통령은 7일 차기 총리 후보자로 한성숙 중소벤처기업부 장관을 전격 지명했다. 이 대통령은 이날 김민석 총리 후임으로 한 총리 내정자 발탁 소식을 강훈식 대통령 비서실장 브리핑을 통해 발표했다. 한 총리 내정자는 경기도 의정부 출신으로 숙명여대를 졸업했으며 네이버 대표이사를 지낸 IT 전문가다. 이재명 정부 출범 이후엔 초대 중소벤처기업부 장관을 맡아 민생 정책을 중점 추진해 왔다. 청년 창업 지원 프로그램과 중소기업과 소상공인 지원 등 분야에서 성과를 냈다. 강 실장은 한 후보자에 대해 "정보기술(IT) 기업 대표와 중소벤..

계란 가격 고공행진에 6000원대 행사 상품은 품절 대란... 가격 인상 어디까지
계란 가격 고공행진에 6000원대 행사 상품은 품절 대란... 가격 인상 어디까지

고병원성 조류인플루엔자(AI) 여파로 계란 가격이 고공행진하면서 소비자들의 부담을 키우고 있다. 가격 상승에 정부가 주요 대형마트와 할인 행사를 진행하고 있으나 1인 30구(1판) 구매제한을 걸고 있고, 6000원대 계란은 일찌감치 품절되고 있다. 7일 축산물품질평가원에 따르면 대전 계란 특란 30구 가격은 6일 기준 6936원으로, 1년 전(6714원)보다 3.3% 인상된 것으로 집계됐다. 계란 가격은 5월 중순 7613원까지 치솟으며 가격 상승을 거듭하다 6월 초 7119원으로 내려간 뒤 6000 후반대까지 가격이 점차 내려가고..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘늑구 보러 왔어요’ ‘늑구 보러 왔어요’

  • 대전 지방선거 당선자들, 한화에어로스페이스 조문 대전 지방선거 당선자들, 한화에어로스페이스 조문

  • 지방선거 끝…선거벽보 철거 지방선거 끝…선거벽보 철거

  • 분주한 개표소 분주한 개표소