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세상에는 수많은 원소가 있습니다. 자연계의 원소는 90여 종이고 인위적으로 만든 것까지 합치면 약 120여 종이 됩니다. 이런 원소들을 쉽게 구분하는 방법이 바로 불꽃반응 실험입니다. 오늘은 불꽃반응의 원리와 불꽃 반응 실험 방법에 대해 알아보고자 합니다.
1. 불꽃 반응의 뜻
불꽃반응이란 특정한 원소를 포함한 금속을 불꽃에 넣었을 때 불꽃의 색이 화합물의 종류, 즉 금속의 종류에 따라 변하는 현상을 의미합니다. 이러한 불꽃의 색깔은 포함하고 있는 금속의 종류에 따라 다르게 나타납니다. 반대로 말하면 불꽃색을 보고 포함하고 있는 그 금속의 종류를 알 수 있습니다. 색깔이 비슷한 불꽃반응 색도 있기에 이는 스펙트럼으로 다시 분석할 수 있습니다.
2. 실생활의 예
우리 생활에서 불꽃 반응을 할 수 있는 간단한 방법이 있습니다. 바로 가스레인지에 실험을 해 보는 것입니다. 가스레인지에 소금물을 묻혀 불꽃색을 관찰합니다. 소금을 직접 한 꼬집 던져 보는 방법도 있습니다. 소금은 염화나트륨으로 되어 있어 나트륨의 금속의 색이 불꽃반응으로 나타납니다. 나트륨은 노란색이므로 소금의 색도 노란색으로 관찰이 가능합니다. 밤에 가로등이 바로 노란색입니다. 그 외에도 불꽃놀이의 불꽃색이 다양하게 나오는 것도 불꽃반응에서 보이는 금속의 고유한 색깔 때문입니다. 리튬은 빨간색, 나트륨은 노란색, 마그네슘은 하얀색, 칼륨은 보라색, 칼슘은 주황색 등을 나타냅니다.
3. 불꽃반응의 원리
불꽃 반응의 원리를 알기 위해서는 원자의 구조에 대해 알고 있어야 합니다. 원자는 원자핵과 전자로 구성되어 있는데 전자는 껍질에 배치하고 있습니다. 이때 최외각 전자가 불꽃에 의해 들떴다가 다시 내려오면서 방출하는 것이 스펙트럼입니다. 원자에 따라 최외각 껍질을 오고 가는 에너지 차이가 나기 때문에 불빛이 다르게 나타나는 것입니다.
4. 불꽃반응 실험방법
불꽃반응 실험은 니크롬선이나 백금선을 이용합니다. 처음 실험을 하기 전에 묽은 염산과 증류수로 씻어내야 하는데 이 과정은 정확한 실험을 위해 혹시라도 니크롬선에 묻어 있는 다른 물질을 제거하는 과정입니다. 그렇다면 왜 니크롬선을 써야 할까요? 그 이유는 니크롬선은 특정한 불꽃색이 없기 때문입니다. 만약 구리선으로 실험을 했더라면 구리의 독특한 청록색이 나오므로 실험의 의미가 없어집니다. 이렇게 씻은 니크롬선을 가열을 하는데 온도가 가장 높고 투명한 부분인 겉불꽃에서 가열을 합니다. 그런 다음 확인하고 싶은 원소를 니크롬선에 소량 묻혀 겉불꽃에 넣어 색을 확인하면 됩니다. 실험 물질이 바뀔 때마다 묽은 염산으로 씻어 내는 것을 잊지 말아야 합니다.
5. 불꽃반응 실험의 특징
불꽃반응 실험은 실험 방법이나 도구가 간단합니다. 그리고 소량의 물질만 있어도 눈으로 보이는 시각적인 효과가 크기 때문에 금속 원소를 확인할 수 있습니다. 물질의 종류가 달라도 포함하고 있는 금속이 같다면 같은 색을 나타냅니다. 예를 들어 염화구리와 황산구리는 구리를 포함하고 있기 때문에 모두 청록색을 나타냅니다. 다만, 모든 금속 원소를 구분할 수 없습니다.
이처럼 불꽃반응 실험은 간단하면서도 쉽게 금속 원소를 확인할 수 있게 합니다. 하지만 앞에서도 서술했듯이 리튬과 스트론튬 같은 원소는 불꽃색이 같기 때문에 불꽃반응으로 확인할 수 없습니다. 그렇다면 이런 원소들은 어떻게 확인하게 될까요? 스펙트럼에 대한 실험을 다음 포스팅에서 알아보도록 하겠습니다.