KAIST 연구진, 금속 결합 법칙 ‘70년 정설’ 뒤집었다 작성일 09-07 54 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">‘플라빈’ 이용해 수소결합 제어<br>‘反 어빙-윌리엄스 경향’ 입증<br>구리, 결합 안정성 1위서 꼴찌로</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="X35KT41y0v"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="fc6c33e648131782e521e6b5e5f16551bd496d3589570593b1183eff0737dde0" dmcf-pid="Z019y8tWFS" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="금속 주변의 수소결합이 구리의 구조 변형을 제한해 안정성을 떨어뜨리고 있다. KAIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/donga/20260907003226738lkfp.png" data-org-width="234" dmcf-mid="HCmHjtsA7T" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/donga/20260907003226738lkfp.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 금속 주변의 수소결합이 구리의 구조 변형을 제한해 안정성을 떨어뜨리고 있다. KAIST 제공 </figcaption> </figure> <div contents-hash="f93439411fd25a09a38192d79f57bcdd138e960d333084a2d082486cc686b2d4" dmcf-pid="5pt2W6FYpl" dmcf-ptype="general"> 지난 70여 년간 무기화학 교과서에서 불변의 기본 원리로 통했던 ‘금속 결합 안정성 법칙’을 국내 연구진이 뒤집었다. 가장 안정적으로 결합하는 금속으로 알려진 구리를 ‘결합 1위’ 자리에서 밀어냈다. </div> <p contents-hash="b70800133345d363995d94f5000a997a64b01ae479236298800c7e1912220aae" dmcf-pid="1UFVYP3Guh" dmcf-ptype="general">KAIST는 백윤정 화학과 교수 연구팀이 비타민 B2의 핵심 골격인 ‘플라빈’을 이용해 금속 착물을 합성하고 주변부 수소결합을 제어해 기존 ‘어빙-윌리엄스 계열(Irving―Williams series)’과 반대되는 안정성 경향을 구현했다고 6일 밝혔다. 금속 착물은 금속 이온 주위를 결합 분자(리간드)나 이온들이 둘러싸 결합해 있는 화학물질을 의미한다.</p> <p contents-hash="bc2d0de78ef921aec63b36fc955174b5d5d469f8dee3dc2b866ee827b9eae652" dmcf-pid="tu3fGQ0HzC" dmcf-ptype="general">73년 전인 1953년 발표된 어빙-윌리엄스 계열은 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연 등 2가 전이금속이 주변 분자와 안정적으로 결합하는 순서다. 전자 구조와 이온 크기 특성상 원자번호 순서인 망간에서 구리로 갈수록 안정성이 높아지다가 아연에서 안정성이 다시 꺾여 떨어진다.</p> <p contents-hash="65a76bb7d6e9bb10977a1b49ca0535f0d9de3babd76ee8d208a2fb1f177be9c9" dmcf-pid="F704HxpX7I" dmcf-ptype="general">구리는 이온 크기가 작아 중심 전하 밀도가 높기 때문에 분자를 당기는 힘이 세다. 또한 불안정한 전자 구조를 해소하기 위해 결합 구조를 비틀어 변형시키는 ‘얀-텔러 왜곡’이 일어나 분자들과 강력한 결합을 형성한다.</p> <p contents-hash="a92cf7b446ee288034cbb02992ef5ecd4bd37db37d44b7eb62ec3e368e380cba" dmcf-pid="3BuP5e71UO" dmcf-ptype="general">산업 공정 등에서 구리 대신 다른 금속이 분자와 먼저 결합해야 하는 상황이 벌어지면 금속의 결합 안정도 순서를 바꿔야 한다. 지금까지는 금속을 직접 붙잡는 분자인 리간드 자체를 새로 만들거나 중심 배위 구조를 뜯어고쳐 순서를 바꿨다. 중심 배위 구조를 고친다는 의미는 금속을 둘러싼 리간드의 개수, 결합 각도, 입체 배열 등을 변경한다는 것이다.</p> <p contents-hash="5f086e8e1d2d20c723608ff0eeaa53b75bc36d2d18a41012bce600ce8c63a6c7" dmcf-pid="0b7Q1dztFs" dmcf-ptype="general">연구팀은 금속 이온에 리간드 원자가 달라붙는 직접 결합 부위 대신 바깥쪽의 약한 결합 부위인 수소결합에 주목했다. 플라빈 화학 구조를 일부 변형한 ‘플라빈 유도체’를 활용해 망간, 구리 등 6개 금속이 모두 동일한 분자 결합 틀을 갖추도록 설계한 뒤 수소결합의 영향을 분석했다. 결합 틀을 통일한 이유는 수소결합의 영향만 확인하기 위해서다.</p> <p contents-hash="a7678d33e56d234253c1d22bfdb6fe9aecfecc9d65601411b14fa5624e197377" dmcf-pid="pKzxtJqFzm" dmcf-ptype="general">실험 결과 견고하게 형성된 수소결합 틀이 구리의 얀-텔러 왜곡을 억제하는 것으로 나타났다. 수소결합이라는 틀에 갇히면서 구리의 결합 안정성을 극대화하는 구조 변형이 일어나지 못한 것이다. 구리의 결합력이 감소하면서 가장 불안정한 금속으로 밀려나는 ‘반 어빙-윌리엄스 경향(anti-Irving―Williams trend)’이 나타났다.</p> <p contents-hash="02a60acd7dcc1c72df201a1c42d83917439e3e5e82e81635916385a75c77c33c" dmcf-pid="U9qMFiB3Fr" dmcf-ptype="general">이번 연구는 금속 고유의 불변 법칙으로 여겨졌던 결합 안정성을 외부 환경 제어로 바꿀 수 있다는 점을 입증했다. 복잡한 혼합물 속에서 특정 금속만 선택적으로 추출·회수하는 분리 공정이나 고효율 화학 촉매 설계, 자연계 효소의 금속 선택성을 모사한 인공 효소 개발 등에 폭넓게 응용될 것으로 전망된다.</p> <p contents-hash="58320536cab71034ec588691c071ce3a92710273f89395c36e1af61bc8d461ad" dmcf-pid="u2BR3nb0pw" dmcf-ptype="general">백 교수는 “금속이 가진 고유한 특성으로 여겨졌던 결합 안정성 순서를 주변 환경을 통해 바꿀 수 있다는 점을 입증했다”며 “원하는 금속을 선택적으로 붙잡거나 반응시키는 새로운 화학 시스템을 설계하는 데 활용될 것으로 기대한다”고 말했다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘미국화학회저널’에 게재됐다.</p> <p contents-hash="6392e5cca985b3125f60d98f6012b464c53ed6015e545f02d33b67527c544551" dmcf-pid="7Vbe0LKpFD" dmcf-ptype="general">문세영 동아사이언스 기자 moon09@donga.com </p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아일보. All rights reserved. 무단 전재, 재배포 및 AI학습 이용 금지</p> 관련자료 이전 매일 음식 담는데… 포장-주방용품 87% 안전성 검증 약하다 09-07 다음 작업 시연 대신 공중제비… 한계 보여준 中 로봇 09-07 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
