소금물 표면 분자 특성 새로 밝혔다…"기존 교과서 뒤집어"

염분이 높은 바닷물. 게티이미지뱅크

소금물 표면의 분자 성질이 이전에 알려졌던 것과 다르다는 연구 결과가 나왔다. 기존 교과서에 담겨 있던 내용과 상반된다는 것이다. 소금물 표면에 대한 연구는 바닷물이 공기와 접촉했을 때 어떠한 변화가 일어나는지 알 수 있어 기후변화에 따른 지구 생태계 변화를 예측하는 것과도 연관돼 있다. 

독일 막스플랑크 소속 야이르 리트먼 연구원과 미샤 본 교수 연구팀은 이같은 내용을 담은 연구 결과를 15일(현지시간) 국제학술지 '네이처 케미스트리'에 발표했다. 

연구팀은 공기와 물이 만나는 지점에서 물 분자가 어떻게 변화하는지 확인했다. 이를 위해 특별히 개량한 진동합-주파수 생성 분광법(VSFG)을 사용해 소금물 표면에서 분자의 진동을 직접 측정했다.

기존 측정법은 분자에서 발생하는 신호가 양전하를 띤 이온(양이온)과 음전하를 띤 이온(음이온) 어느 쪽의 성질을 띠는지 확인하기 어려웠다. 연구팀이 이번에 개량한 분광법은 주파수 신호를 섞어서 분석하는 헤테로다인검출(HD)-VSFG으로 기존 분광법보다 더 정밀한 측정이 가능하다. 

분석 결과 공기와 만나는 소금물의 표면에선 양이온과 음이온이 모두 고갈됐다. 이들 이온은 물 분자를 상하로 흐르게 만들었다. 이온이 전기적 이중층을 형성하고 물 분자를 단일한 방향으로 움직이게 한다는 기존 화학 교과서의 내용을 뒤집었다는 설명이다. 

전기적 이중층이란 양과 음으로 전기로 나눈 층이 한 개의 면을 사이에 두고 양 전하의 절댓값이 같게 되는 구조다. 해수를 담수로 바꾸는 기술 등에 활용될 수 있다.

연구 논문의 1저자인 리트먼 연구원은 "이온이 녹아있는 물의 표면이 이전에 생각했던 것과는 다른 이온의 분포를 갖고 있다는 것을 확인했다"고 설명했다.

연구팀은 또 이번 연구에서 활용된 HD-VSFG 측정법이 향후 다양한 분자 특성 분석에 활용될 수 있다고 말했다. 본 교수는 "액체나 고체의 계면을 확인하는 새로운 측정법은 배터리나 에너지 저장소를 연구하는 데도 도움이 될 수 있다"고 말했다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]