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[표지로 읽는 과학] 전해질과 액체 금속의 연결고리 밝혔다

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[표지로 읽는 과학] 전해질과 액체 금속의 연결고리 밝혔다

2020.06.07 06:00
사이언스 제공.
사이언스 제공.

이번주 사이언스는 암모니아 용액에 전자 농도가 과도하게 증가할 때 일어나는 변화를 추상적으로 표현한 그림을 표지에 실었다. 암모니아 용액은 전해질이 어떻게 금속으로 바뀌는지 추적하는 데 활용될 수 있다. 

 

전해질의 전기 절연체는 금속으로 바뀌면서 색상 변화도 생긴다. 투명한 파랑색에서 진한 파랑으로, 다시 청동 색상으로 바뀌는 것이다. 에너지 수준이 분광학적으로 달라지며 전해질이 액체 금속으로 서서히 변하는 모습을 보여주고 있다. 

 

용액 내에서 전자가 과도하게 증가할 때 일어나는 전자 구조에 대한 실험 연구는 대부분 전자 집중도를 만들어내기 어렵기 때문에 한계가 있었다. 

 

틸만 버터색 체코과학원 교수는 독일, 프랑스, 일본 등 국제 공동연구진과 함께 냉장 상태의 암모니아 용액에 용해된 알칼리 금속의 양이 꾸준히 늘어남에 따라 발생하는 과잉 전자에 대한 실험을 엑스레이 광전자 분광법을 활용하는 방식으로 성공하고 기존 전자 구조에 대한 연구의 한계를 극복했다.  

 

연구진에 따르면 전자의 농도가 증가함에 따라 2전자볼트의 에너지 수준에서 용액의 특정 부위에 녹아든 전자와 유전체가 수직 형태로 분리되는 광분리 현상이 나타났다. 유전체는 절연체의 표면에 전하 특성이 나타나는 것을 말한다. 

 

이같은 현상이 계속되면 금속 내에서 자유전자가 집단적으로 진동하는 입자인 ‘플라즈몬’이 최대치로 나타나며 금속의 전자가 다른 곳으로 옮겨가게 되는 현상이 이어진다. 

 

연구진은 “금속 용액의 일부 특정 부분에 전자와 유전체를 결합한 실험적 접근법을 통해 묽은 청색 전해질에서 청동 색상의 금속 용액으로 전이하는 과정을 암모니아 전자의 에너지 및 밀도를 통해 규명할 수 있었다”고 밝혔다. 

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