김기문 포항공대 화학과 교수 ‘통념을 깨다’
김기문 포항공대 화학과 교수 ‘통념을 깨다’
  • 이바름기자
  • 등록일 2020.08.10 20:07
  • 게재일 2020.08.11
  • 댓글 0
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소리로 화학반응 조절 시각화
유체역학 접목 후속연구 진행
소리의 주파수 등에 따라 접시 안의 파란색 용액이 공기와 선택적으로 접촉, 화학반응이 나타나는 실험 장면. /기초과학연구원 복잡계 자기조립 연구단 제공
소리는 에너지가 낮아 화학반응에 이용할 수 없다는 정설이 깨졌다. 김기문 기초과학연구원 복잡계 자기조립 연구단장(포항공과대학교 화학과 교수)이 기존 통념과 달리 소리가 물리현상뿐만 아니라 화학반응까지 조절할 수 있음을 규명하고, 그 결과의 시각화에 성공했다.

10일 김 단장은 “동화 ‘피리 부는 사나이’에서 소리를 이용해 쥐의 움직임을 통제했듯, 우리 연구진은 소리를 이용해 분자의 거동을 조절했다”면서 “화학반응과 유체역학을 접목해 발견한 새로운 현상으로 소리를 이용한 다양한 화학반응 조절 등 후속 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.

연구진은 이번 발표를 위해 몇 가지 실험을 했다. 가장 먼저 스피커 위에 ‘페트리 접시’를 올려둔 뒤, 소리가 접시 안의 물에 어떤 영향을 주는지 관찰했다. 소리가 만들어낸 미세한 상하 진동으로 인해 접시 안에는 동심원 모양의 물결이 만들어졌고, 동심원 사이의 간격은 주파수가 높아질수록 좁아졌다. 그릇의 형태를 바꿔 실험해본 결과, 소리의 주파수와 그릇의 형태에 따라 나타나는 물결의 패턴을 조절할 수 있음을 확인할 수 있었다.

이후 연구진은 지시약(화학반응에서의 상태를 판별하는 시약)을 이용해 소리가 만들어낸 물결이 화학반응에도 영향을 미치는지 분석했다. 움직이지 않는 마디 부분과, 물결에서 주기적인 상하운동을 하는 마루와 골(가장 높은 부분과 낮은 부분)의 색이 다르게 나타났다. 이는 공기와의 접촉에 따라 화학반응이 다르게 나타남을 의미했다. 같은 방식으로 산성도(ph) 실험을 한 결과에서도 구획에 따라 다른 색이 나타남을 확인했다.

지금까지 평형상태에서 고주파로 화학반응을 조절하려는 연구가 시도된 적은 있지만, 실제 자연과 같은 비평형상태에서 소리를 이용해 화학반응을 조절할 수 있다는 것을 밝힌 건 이번이 처음이다. 이 연구는 소리가 생체 내 화학반응에 미치는 영향으로 확장돼 복잡다단하게 조립, 변화하는 생명활동의 이해를 도울 것으로도 기대된다.

연구를 주도한 황일하 연구위원은 “용액의 산성도는 전체적으로 동일하다는 상식을 뒤엎은 흥미로운 결과”라며 “소리로 산화·환원 또는 산·염기 반응을 일으켜 물리적 가림막 없이도 용액 내 화학적 환경을 서로 다르게 구획할 수 있음을 보여줬다”고 설명했다.

이번 연구결과는 국제학술지 네이처 케미스트리(Nature Chemistry, IF 21.687) 8월 11일자(한국시간)에 실렸다.

/이바름기자 bareum90@kbmaeil.com

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