물구조의 재발견

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-02-27

스탠포드 싱크로트론 방사광소스(Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, SSRL)의 연구진은 방사광 소스의 X-선 빔이 어떻게 물분출에서 산란되는지를 관측함으로써 물분자 사이의 거리를 측정할 수 있었다. 이 데이터에 기반한 이들의 연구를 분석한 결과, 물 분자 구조가 지금까지 생각한 것보다 더 복잡하다는 것이 발견되었다. 물에 관한 연구의 역사는 비교적 길다. 그러나 물의 구조를 완전히 이해하는 것은 놀랍게도 매우 어려운 문제이다. 물의 고체 형태인 얼음에서 분자들은 밀집된 사면체 격자를 형성한다고 알려져 있다. 현재 모델은 액체 물은 얼음과 비슷하다. 모델은 열이 무질서를 만들어내고 결합을 깨뜨리기 때문에 덜 구조적이라고 제시하고 있다. 액체물에서 사면체(tetrahedron) 구조는 온도가 증가하면서 갈라지고 느슨해지지만 가능하면 사면체 구조를 유지하려고 한다. 이 새로운 연구는 이 이론에 약간의 수정을 가한 일종의 2차 구조를 필요로 한다. 액체 물의 더 큰 밀도는 분자가 얼음에서 보는 단순한 사면체 구조보다 더 밀집되어 있다는 것을 의미한다. 스탠포드 싱크로트론 방사광소스 연구진의 데이터는 어떻게 그것이 일어나는지를 설명한 것이다. 최근의 모델이 예측한대로, 연구진은 분자들이 0.28 나노미터와 0.45 나노미터 떨어져 있다는 것을 관측하였다. 현재 널리 받아들여지고 있는 모델은 액체 물은 사면체 모양으로 결합된 물분자들의 그룹으로 기술하고 있다. 이 모델에서 사면체의 다른 4개의 분자들과 짧은 거리로 떨어진 중심에 분자가 위치해 있으며 이 4개의 분자들은 서로 먼 거리로 떨어져 있다. 연구진은 0.34 나노미터 거리에서 어떤 새로운 분자들을 관측하였다. 현재 모델에서 이 세번째 거리에 존재하는 분자는 포함되어 있지 않지만 1938년 처음으로 관측되었다. 1960년대와 1970년대의 추가적인 실험에서 확인되었지만 분석이 불충분하여 검출된 것이라는 결론을 내리고 이 거리의 존재를 제외하였다. 그런 결과로 지금까지 모델에서 이런 중간 거리는 제외된 것이다. SSRL 연구진은 이제 이런 중간 간격 거리를 현대 기술로 관측하여 현재 용인된 모델에서 고려되지 않은 어떤 것이 있다는 것을 발견하였다. 이런 결과는 액체 물의 구조가 완벽한 정사면체가 아니라 어떤 복잡함이 더해진 것이라는 것을 의미한다. 그러나 연구진은 SSRL 데이터가 물 분자 사이의 거리만을 제시할 뿐 결합각을 보여주지 않기 때문에 신비한 물의 구조를 완전히 해결하지는 못하고 있다. 연구진은 물의 구조를 완전히 해결하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 말하였다. 연구진은 또한 이론적인 연구를 통하여 더 정확하게 물 구조를 예측하고 추가적인 실험을 통한 이론과 실험의 피드백이 필요하다고 덧붙였다. 첨부그림: 스탠포드 싱크로트론 방사광소스(Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, SSRL)의 연구진은 최근 물분출에서 물 분자 사이의 거리를 측정하였다. 18-researchersr.jpg 출처 : http://www.physorg.com/news186417938.html