■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	색깔 불꽃	실험 원리	여러 가지 화합물의 불꽃반응 관찰
실험 시간	40분	실험 분야	화학	실험 방법	4인1조, 조별실험
세트구성물	황산구리, 염화나트륨, 염화바륨, 질산스트론튬, 질산칼륨 각각 약간씩 에탄올, 아세트산칼슘, 금속 용기, 일회용스포이트, 계량컵, 나무스틱
교사준비물	백금선(권장), 분광기(권장), 따뜻한 물, 불을 끄기위한 덮개(젖은걸레, 유리덮개, 철덮개 등)	학생준비물	펜, 면장갑, 보안경
실험 결과	실험 장소에서 5종의 금속화합물의 불꽃 반응을 관찰할 수 있습니다.
실험팁	TIP 1. 불을 붙였을 때 화재 및 화상에 주의하세요. TIP 2. 불꽃색은 어두운 곳에서 관찰하여야 잘 보입니다. TIP 3. 불을 끄고 싶을 때는 타지 않는 물건으로 용기 위를 덮어 공기를 차단시키면 꺼집니다. 학생들이 불어 끄지 않도록 지도하십시오. (불어도 잘 꺼지지 않고, 불꽃이 날려 위험합니다.) TIP 4. Gel은 두 용액을 섞는 즉시 만들어 집니다. 하지만 즉시 Gel 이 되지 않는다면 아세트산칼슘을 더 넣어 줍니다.

[실험 결과]

구리 - ( 청록색 )   나트륨 - ( 노랑색 )   바륨 -( 황록색 )   스트론튬 - ( 빨강색 )  칼륨 - ( 보라 )

불꽃놀이에 사용되는 불꽃의 색깔은 어떤 색이 있나요?

초록, 빨강, 노랑 등 여러 가지 보았던 색을 말할 수 있도록 유도하여 주세요.

1. 금속화합물 마다 불꽃색이 다르게 보이는 것은 물질 속의 어떤 원소 때문인가요?

금속화합물은 금속원소와 다른 원소가 서로 결합한 물질로, 금속화합물마다 불꽃색이 다른 것은 함유된 금속원소가 다르기 때문입니다.

2. 불꽃의 색을 이용할 수 있는 것은 어디인지 우리주변에서 찾아봅시다.

주로 불꽃놀이에 사용되지만, 생활 곳곳에도 있습니다.

예를 들면 집에서 사용하는 LNG나 LPG의 불꽃색이 푸른 것도 무색의 불꽃색이 위험하므로 금속화합물을 넣어준 것이며, 등산용 고체연료 등에도 위험방지를 위해 사용하고 있습니다.

창의적인 생각을 하도록 유도하여 주세요.

불꽃반응 [flame reaction]

홑원소물질 또는 화합물이 불꽃 속에서 그 원소 특유의 색을 보이는 반응.

염색반응(焰色反應)이라고도 한다. 이것은 전부터 알려진 사실인데, 예를 들면 19세기 초부터 나트륨화합물이 보이는 황색 불꽃을 이용하여 정성분석이 행하여졌다. 그러나 각종 원소에 대하여 이용하게 된 것은 1864년 석탄가스에 의한 분젠버너의 무색 불꽃을 얻을 수 있게 된 후부터이다. 현재 잘 알려져 있는 것은 리튬·나트륨·칼륨·칼슘·스트론튬·구리 등이다.

또, 붕산염과 같이 에탄올을 가하여 점화하면 황록색 불꽃을 보이는 것과, 담청색을 보이는 인산염 등도 여기에 포함된다. 보통 불꽃반응을 보려면, 염산에 담근 다음, 여러 번 구워서 깨끗하게 만든 백금선(白金線)을 사용하여 염산으로 적신 분말시료를 분젠버너의 산화불꽃 속에 넣어 불꽃을 착색시킨다.

이 경우 눈으로 직접 보거나 다른 것과 구별하기 위하여 진한 청색코발트유리를 통하여 색을 보는 방법이 일반적으로 시행되고 있다. 이들 착색의 원인은 각 원소의 원자가 안정한 바닥상태로부터 불꽃 속에서 가열됨으로써 불안정한 들뜬상태가 되고, 원래의 바닥상태로 이행(移行)할 때 방출되는 에너지가 사람의 눈에 보이는 정도의 영역의 빛이 되기 때문이다. 따라서, 보통의 분젠버너 불꽃의 온도에서 잘 들뜨지 않는 세슘 같은 것은 산수소불꽃[酸水素焰]과 같은 더 고온의 불꽃을 필요로 하는 것도 있다.

또, 이것을 더 정확히 알기 위해서는 불꽃의 색을 분광기(分光器)를 써서 확인하며, 각 원소에 고유한 파장이 알려져 있으므로 정성분석 및 그 강도로부터 정량분석을 할 수가 있다. 이것을 프레임분광분석 또는 염광분광분석(焰光分光分析)이라 한다. 1860년에 G.R.키르히호프와 R.W.분젠이 이 방법을 확립하여 세슘을 발견하였으며, 1861년에는 루비듐을 발견하였다.

나트륨 불꽃과 스트론튬 불꽃

불꽃놀이 탄두 (사진출처 : fireworks land)

불꽃 반응의 이용 - 불꽃 놀이

불꽃놀이의 여러 색깔은 불꽃반응을 이용한 것이다. 불꽃반응은 주로 물질에 포함된 금속성 원소에 의해서 나타난다. 그리고 순수한 물질로 존재할 때는 물론 다른 물질과 화학적으로 결합한 상태에서도 똑같은 반응이 나타난다. 노란색은 나트륨 이온에서 방출되는 빛에 의한 것이고 붉은색은 스트론튬염에서 방출되는 광선에 의한 것이다. 그런데 완벽한 푸른색의 불꽃은 실제로 얻기 힘들다고 한다. 한때 비소를 함유한 구리염인 녹색 안료를 사용하기도 했지만 너무 독성이 크기 때문에 현재는 사용하지 않고 있다고 한다. 진푸른 불꽃을 얻는 것은 아직도 꿈으로 남아있다.