불꽃 반응

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1. 개요

영화 <엘리멘탈>의 예고편

Flame test

불꽃 반응이란 어떤 금속을 포함한 화합물을 겉불꽃에 넣었을 때, 그 불꽃의 색이 금속의 종류에 따라 달라지는 현상이다. 각 금속은 고유한 불꽃 색을 방출하므로, 불꽃의 색을 보고 그 화합물에 어떤 금속이 포함되어 있는지 확인할 수 있습니다. 이렇게 불꽃 반응을 이용하여 금속을 구분할 수 있기 때문에 불꽃 반응의 영문명은 flame test다.

2. 원리

불꽃에 의해서 에너지를 받아서, 금속 원자 내지 이온의 최외각 전자가 높은 에너지 준위로 들떴다가 다시 낮은 에너지 준위로 떨어지면서 특정 파장의 빛 방출하는 현상이다. 각 원소는 고유한 에너지 준위 차이를 가지므로, 그에 따라 다양한 파장의 빛, 즉 여러 색깔의 불꽃을 관찰할 수 있다.

예를 들어서, 나트륨의 노란 불꽃에서 나오는 589.29㎚ 파장의 빛은, 최외각 오비탈인 3s 오비탈에서 3p 오비탈로 들뜬 전자가 다시 3s 오비탈로 내려오면서 방출하는 빛이다. [1] 또 다른 예시로 칼슘의 주황색 불꽃에서 나오는 622.17㎚ 파장의 빛은, 최외각 오비탈인 4s 오비탈에서 4p 오비탈로 들뜬 전자가 다시 4s 오비탈로 내려오면서 방출하는 빛이다.

리튬, 스트론튬, 루비듐의 불꽃 색은 모두 육안으로는 빨간색처럼 보여 구분이 어려울 수 있다. 이렇게 육안으로 구분하기 어려운 경우에는 각 원소가 방출하는 스펙트럼을 비교하여, 각 원소의 고유한 파장 차이를 통해 정확하게 구분할 수 있다.참고

3. 예시

우리 생활에서 가장 쉽게 불꽃 반응을 확인할 수 있는 방법은 바로 가스레인지에 소금물을 묻혀 보거나, 정 안 된다면 소금을 직접 불꽃에 던져 보는 것[2]이다. 식용 소금은 대개 염화나트륨으로 이루어져 있기 때문에 나트륨에 의한 노란색 불꽃이 나타난다. 이 노란색은 파장이 589.29㎚인 나트륨의 고유한 특성으로, 이를 소듐 D-선(sodium D-lines)이라고 부른다. 참고로 이 빛은 우리가 밤에 길거리에서 자주 볼 수 있는 노란색 가로등 불빛이다.참고

불꽃놀이는 불꽃 반응을 사용하는 대표적인 예시 중 하나로, 폭죽에 여러 금속을 사용하여 다채로운 색을 만들어낸다.

캠프파이어에 여러 금속 혼합물을 넣어서 불꽃 색깔을 다채롭게 하는 캠핑 용품도 있다. 매직파이어, 오로라 가루, 오로라 불꽃 등으로 불린다.

4. 목록

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족

주기

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원자 번호	원자	색상
3	리튬	빨간색
4	베릴륨	아이보리
5	붕소	연두색
11	나트륨	노란색
12	마그네슘	하얀색
13	알루미늄	은백색
15	인	청록색
16	황	파란색
19	칼륨	보라색, 분홍색
20	칼슘	주황색
21	스칸듐	탁한 주황색
22	티타늄	흰색
24	크로뮴	은색
25	망간	연두색 [3]
26	철(II)	금색
26	철(III)	오렌지색
27	코발트	밝은 흰색
28	니켈	흰색
29	구리	청록색 [4]
30	아연	아쿠아마린, 노란색
33	비소	하늘색에 가까운 파란색
34	셀레늄	파란색
37	루비듐	핫핑크, 제비꽃
38	스트론튬	크림슨
39	이트륨	카민
40	지르코늄	빨간색
41	나이오븀	청록색 [5]
42	몰리브데넘	송화색
48	카드뮴	벽돌색
49	인듐	남색
50	주석	담청색, 담자색
51	안티모니	허니듀
52	텔루륨	연한 녹색
55	세슘	청자색
56	바륨	황록색
58	세륨	노란색
65	터븀	터키석
72	하프늄	흰색
73	탄탈럼	파란색
74	텅스텐	초록색
80	수은	빨간색
81	탈륨	초록색
82	납	파우더블루
83	비스무트	바다색
88	라듐	크림슨

[1] 더욱 자세한 분광 실험에서는 단일 파장이 아닌 588.9950㎚와 589.5925㎚의 두 파장으로 나타나는데, 이는 스핀-궤도 결합에 의한 것이다.[2] 이 경우 소금이 튈 수 있음에 유의.[3] 다소 탁한 색이다.[4] 초록색에 가깝다.[5] 구리보다는 파란색에 가깝다.

불꽃 반응

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