불꽃놀이의 원리

소개글

불꽃놀이의 기본적인 원리와 불꽃 놀이에서 각 색들이 어떻게 발현되는지 쉽고 구체적으로 알아보고 나아가 원자의 기본구조와 그와 불꼰 놀이의 연관성에 대해서도 알아본다.

목차

- 빛은 입자이면서 파동이다.
- 우리가 보는 빛은 가시광선
- 불꽃반응과 불꽃놀이
- 원자의 구조
- 바닥 <-> 들뜸 그리고 방출되는 빛
- 연화
- 연화의 조성
- 연화의 구조
- <각 금속 원자에 따른 불꽃의 색>
- <기본 원소를 이용한 불꽃놀이의 제조에 흔히 사용되는 화합물들>
- <연화의 별의 조성례>
- 느낀점

본문내용

불꽃놀이에서의 눈부신 빛들과 시끄러운 소리는 위에서 얘기했던 여러 가지 구성 화학 물질들로 인해 그 굉장한 효과가 나온다.
이런 화학물질들은 위에서 보면 매우 세분화 되어 구분되어 있지만 결국 간단히 산화제(산화시키는 물질)와 연료(환원시키는 물질)로 나눌 수 있다.
흔히 사용되는 혼합물에는 산화제로서 과염소산포타슘(KClO4)이, 연료로는 알루미늄과 황이 각각 사용된다. 과염소산 이온이 연료를 산화시키는 과정은 매우 큰 발열 반응이어서 알루미늄으로 인해 눈부신 섬광을 발생하며, 발생된 가스가 급격하게 팽창함에 따라 굉음이 발생한다. 색깔을 내기 위해서는 그 색에 해당하는 방출 스펙트럼을 내는 원자를 포함 시키면 된다.
앞에서 본 것처럼 원자가 에너지를 흡수하면 원자내의 전자들이 더 높은 에너지 상태로 들뜨게 되고 들뜬 원자들은 특정 파장의 빛을 방출함으로써 에너지를 방출하는데, 많은 경우가 가시광선에 해당한다.
불꽃 놀이의 경우 전자를 들뜨게 하는 에너지는 산화제와 연료와의 반응에 의해 생긴다.
여러 가지 원소와 그에 따른 색에 대해 살펴보면 다음과 같다.
(예) 노란색 : 소듐이온(589nm 파장)
붉은색 : 스트론튬염(606nm, 636~688nm 파장)
황록색 : 바륨염(505~535nm 파장)
청록색 : 구리염(420nm~460nm 파장)
불꽃놀이의 화학이 매우 단순해 보일지 모르지만 생생한 백색섬광과 눈부신 색깔을 내는데에는 매우 복잡한 화학물질의 배합이 요구된다. 그 한 예로서, 백색 섬광은 높은 온도의 불꽃을 발생하여 색깔들을 흐리게 한다. 따라서, KClO4 와 같은 산화제를 사용할 때는 상대적으로 낮은 온도의 불꽃을 발생하는 연료와 혼합하여 사용하기도 한다. 그러나 과염소산은 잘못하면 쉽게 발화되기 때문에 매우 위험해 지는 어려움이 발생한다. 또 다른 문제는 소듐염을 사용하는 데서 온다. 소듐은 아주 밝은 노란색을 방출하기 때문에 다른 색을 내고자 할 때에는 소듐염을 사용할 수 없게 된다. 탄소를 함유하는 원료 또한 다른 색을 능가하는 노란 섬광을 내기 때문에 원료로 유기물을 사용하는 데에도 한계가 있다. 위에서 보았듯이 안전하면서도 원하는 효과를 내는 불꽃 놀이를 연출하기 위해서는 화학물질을 유의해서 선택하여야 한다.

물론, 진한 푸른색을 내고자 하는 꿈은 아직도 이루어지지 않았다.

참고 자료

화학과 산업응용(강추원, 구미서관)
원자흡수 분광법(차기원, 탐구당)
원자와 핵(김승곤, 신아 출판사)