초록 ▼

○ 최근 순수한 질소 원자로만 구성된 분자구조를 예측하고 이를 합성해 보려는 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다. 소위 질소클러스터로 불리는 이 물질들은 분해하면서 막대한 에너지를 방출할 뿐만 아니라 친환경적인 질소 분자(N2)로 분해되기 때문에 이 물질이 군용 또는 민수용 화약으로 실용화 될 경우 고폭화약 분야에 큰 변화를 몰고 올 전망이다. 그러나 주로 단일 결합과 이중 결합으로 이루어진 질소클러스터는 매우 불안정해서 현재까지 N5-가 합성된 것 외에는 아직 큰 성과를 보이지 못하고 있는 실정이다.

○ 현재

○ 최근 순수한 질소 원자로만 구성된 분자구조를 예측하고 이를 합성해 보려는 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다. 소위 질소클러스터로 불리는 이 물질들은 분해하면서 막대한 에너지를 방출할 뿐만 아니라 친환경적인 질소 분자(N2)로 분해되기 때문에 이 물질이 군용 또는 민수용 화약으로 실용화 될 경우 고폭화약 분야에 큰 변화를 몰고 올 전망이다. 그러나 주로 단일 결합과 이중 결합으로 이루어진 질소클러스터는 매우 불안정해서 현재까지 N5-가 합성된 것 외에는 아직 큰 성과를 보이지 못하고 있는 실정이다.

○ 현재의 고폭화약들은 주로 니트로기들이 분해되면서 빠르게 방출되는 에너지에 의존하고 있기 때문에 분자 내에 더 많은 니트로기들을 포함시켜 보려는 연구도 활발하게 진행되고 있다. 이 글은 Beijing Institute of Technology의 Z. Zhou 등이 다중 니트로기 치환 bispyrazole 화합물들을 합성한 다음 단결정 이들의 특성을 확인하여 이 화합물들이 열적 안정성, 둔감도 및 높은 폭굉(detonation) 성능을 나타낸다는 연구결과를 2014년 11월 14일판 Journal of Materials Chemistry A(2, 18097, 2014)에 발표한 것을 필자가 요약한 것이다.

○ Zhou 등이 합성한 다중 니트로기 치환 bispyrazole 화합물들은 TNT보다 독성이 TNT보다 낮고, 폭발 속도(VD = 8760 ~ 8981ms-1), 폭발열(Qv = 7551kJkg-1) 및 폭발력(1712kJkg-1) 등은 RDX보다 높고, 분해온도(Td = 297℃)는 HMX보다 높다. 따라서 이 물질은 열 안정성이 높고, 둔감하며 친환경적인 그야말로 이상적인 차세대의 에너지물질로 분류할 수 있을 것으로 보인다.

○ 우리나라의 화약 역사는 고려 말의 최무선으로 거슬러 올라가지만, 유감스럽게도 최무선 당대에서 끊어지고, 1970년대 미국의 도움으로 국가기관과 민간기관에서 이 분야 기술을 발전시켜오고 있으며, 현재는 국방과학연구소가 연세대학교에 에너지물질 특화센터를 설립해서 연구를 지원하고 있다. 따라서 이 글은 관련 기관 연구원들에 큰 참고가 될 것으로 판단된다.