[과학뉴스] 화학자가 새롭게 밝힌 눈송이의 비밀

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눈송이를 이루는 얼음 결정의 특성이 새롭게 밝혀졌다. 미국 터프츠대 화학과 메리 제인 슐츠 교수팀은 완전히 편평하고 커다란 육각형의 얼음이 눈송이를 이룬다는 사실을 밝혀냈다. 기존에는 육각형을 이루는 6개의 물 분자 중 3개가 더 낮은 층에 위치하는 ‘의자 모양’ 결정이 눈송이를 이룬다고 생각했다.

연구팀은 눈송이의 결정 구조를 분자 수준에서 관찰하기 위해 ‘전자 후방산란 회절’ 기술을 이용했다. 이 기술은 전자현미경으로 전자빔을 발사해 시료 뒤쪽에 만들어지는 회절 형태로부터 시료의 구조를 알아내는 방법이다. 분석 결과, 눈송이의 결정 구조는 중심부 물 분자 주변을 다른 여섯 개의 물 분자가 감싼 편평한 육각형이며, 크기가 기존 가정보다 크다는 사실을 밝혀냈다.

연구팀은 결정 구조에 따른 열 방출 수식도 세웠다. 슐츠 교수는 “층이 두 개인 의자 모양 얼음은 면적당 열을 가장 많이 방출해 금방 증발한다”며 “이보다 크고 편평한 육각 얼음은 면적당 방출하는 열이 적어 눈송이로 자란다”고 설명했다.

연구팀은 이 같은 결정 구조 때문에 눈송이가 대기 중 이산화탄소와 질소산화물 같은 기체의 화학변화에 촉매로 작용하는 등 기존에 몰랐던 독특한 반응성을 나타낼 것으로 예측하고 현재 조사하는 중이다. 이번 연구 결과는 학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 5월 9일자에 실렸다. doi:10.1073/pnas.1703056114

글 : 우아영 기자
과학동아 2017년 06호


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