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산-염기 반응 일어나는 찰나 첫 포착

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산-염기 반응 일어나는 찰나 첫 포착

2016.03.08 18:00

UNIST 제공
UNIST 제공
국내 연구진이 알코올의 산-염기 반응을 실시간으로 관찰하고, 이론으로만 알려졌던 숨은 원리를 풀어내는 데 성공했다.

 

권오훈 울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 교수(사진) 팀은 정유성 KAIST 교수와 공동으로 피코초(ps·1ps는 1조분의 1초) 수준의 찰나의 순간을 관측할 수 있는 초고속 분광기를 이용해 알코올의 산-염기 반응이 진행되는 과정을 단계별로 규명하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.

 

두 개의 물질이 서로 반응할 때 수소이온을 내놓는 물질은 ‘산’, 받는 물질은 ‘염기’에 해당한다. 산과 염기가 화학 반응을 진행하면 중화되며 물과 다른 물질을 생성하는 것이 산-염기 반응이다.

 

물에서 일어나는 산-염기 반응은 단계별 메커니즘이 규명됐지만, 알코올의 산-염기 반응은 중간 매개체로 알킬옥소늄이온(ROH2+)이 형성된다고 알려져 있을 뿐 단계별로 명확히 규명된 적은 없었다.

 

UNIST 제공
UNIST 제공

연구팀은 1초를 1000억분의 1로 쪼개서 분자반응의 매 순간을 포착할 수 있는 초고속분광기를 이용해 알코올의 산-염기 반응을 살폈다.

 

그 결과 에탄올이 강산의 일종인 황산과 반응하는 과정에서 순간적으로 알킬옥소늄이온이 생성됐다가 다시 최종 산물의 형태로 변하는 과정을 포착하는 데 성공했다.

 

또 연구팀은 산성의 유기형광체에서 산성도(pH)가 높을수록 형광을 지속하는 시간이 짧아진다는 점에 착안해, 에탄올의 농도에 따른 산-염기 반응의 차이를 살펴봤다. 그 결과 기존에 산과 염기의 분자가 1대 1로 반응한다고 알려진 것과 달리 알코올 분자 2개가 한 몸을 이룬 덩어리 형태로 산-염기 반응에 참여한다는 사실을 밝혀냈다.

 

권 교수는 “생물계의 대표적인 현상인 산-염기 반응의 숨은 원리를 푼 것”이라며 “물뿐만 아니라 다른 용매에서 일어나는 산-염기 반응의 메커니즘을 새롭게 조명할 계기를 마련한 셈”이라고 말했다.

 

연구 결과는 학술지 ‘케미스트리 유러피안 저널’ 9일자 표지논문으로 실렸다.

 

 

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