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불꽃 반응과 그 원리 목록

화약 중에서 폭발하면서 빛, 소리, 스파크, 연기 등이 날 수 있도록 제작한 특수 화약이 있습니다. 보통은 여러 가지 화학 약품들을 섞어서 이런 화약을 만듭니다. 조금만 건드려도 폭발하기 쉬운 염소산칼륨같은 물질을 산화제로 쓰고, 마그네슘이나 알루미늄 같은 금속의 분말을 사용합니다. 이 분말들은 불이 잘 붙고 타면서 많은 열과 빛을 내기 때문에 연료 역할을 해줍니다. 여기에 색깔을 넣고 싶으면 산화구리(초록색)나 질산스트론튬(빨간색), 질산바륨(연두색)과 같은 물질을 첨가하면 됩니다. 특정한 종류의 금속염을 가열하면 색깔이 나타나는 불꽃반응을 이용한 것입니다. 하나의 불꽃에 여러 가지 색깔을 내고 싶으면 화약 층층이 각기 다른 금속 염을 넣어 주면됩니다. 그러면 왜 금속 염을 넣으면 색깔이 나타나는 것일까요? 이는 금속 염 속에 들어있는 금속 성분 때문입니다. 금속 염들을 불꽃 속에 넣으면 전자들이 에너지를 흡수하여 높은 에너지 상태로 올라갑니다. 불안정해진 전자들은 즉각 다시 낮은 에너지 상태로 떨어지면서 빛을 방출하게 되는데, 그 빛은 금속의 종류에 따라 각기 다릅니다. 예컨대 나트륨은 노란 색, 칼륨은 보라색, 스트론튬은 빨간 색을 냅니다. 이미 수세기를 두고 밤하늘을 수놓아 온 불꽃놀이는 얼핏 보기에는 간단해 보이지만, 폭죽이 발사되어 하늘에서 터지게 하려면 여러 분야의 도움이 필요합니다. 멋진 불꽃을 만들어내기 위해서는 화학, 폭죽의 발사를 위해서는 물리학 등의 기술이 필요한 것입니다. 그래서 과거에는 폭죽의 제조나 발사가 과학으로 대접받지 못했었지만, 지금은 당당히 과학의 대열에 합류하였습니다. 이름도 불의 과학을 뜻하는 pyrotechnics가 되었습니다. 그리스어로 pyro는 fire를 뜻하고 technics는 art를 뜻하므로 ‘the art of fire'가 되는 것입니다. 불의 발견과 더불어 발달하기 시작한 인류의 문명은 인간이 불에 대해 특별한 감정을 가지는 이유를 생각해 보게 합니다. 밤하늘을 수놓는 불꽃놀이를 보면서 마음이 설레는 것은 아마도 인간이 만물의 영장으로 우뚝 설 수 있게 도와준 불에 대한 신비감 때문이 아닐까요?

 


불꽃 반응이 일어나는 이유는?


금속의 이온을 확인하는 방법은 여러 가지가 있지만 그 중 대표적인 것은 앙금 반응과 불꽃 반응입니다. 그런데 불꽃 반응은 경우 미량의 금속이나 금속 이온이 들어있어도 색깔이 분명하게 나타나기 때문에 확인법으로 널리 사용됩니다. 불꽃의 색은 열에너지를 받아 들뜬 전자가 원래의 궤도로 복귀하면서 에너지 차이에 해당하는 파장의 빛을 방출하기 때문에 나타는 것입니다. 전자의 에너지 궤도는 띄엄띄엄하게 떨어져 있고, 원소마다 다른 간격을 가지므로 원소마다 특유의 불꽃 반응이 나타납니다.  

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