Sternradio (토론 | 기여) (6살부터 이 실험 꼭 해보고 싶었는데... 하필 중학생 때 이 실험 하던 날 아파서 빠졌습니다... 지금 생각해도 너무 아쉽네요 ㅠㅠ) |
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==개요== | ==개요== | ||
겉불꽃 속에 넣은 금속 원소가 고유의 빛을 발하는 반응이다. 이를 이용해 화합물에 어떤 금속 양이온이 포함돼 있는지 확인할 수 있다. 불꽃의 열 때문에 원자의 전자들이 들뜬상태로 전이됐다가 돌아오면서 에너지를 방출하는데, 원자마다 에너지 준위가 다르므로 다른 색이 나타나는 원리를 이용하는 것이다. | 겉불꽃 속에 넣은 금속 원소가 고유의 빛을 발하는 반응이다. 이를 이용해 화합물에 어떤 금속 양이온이 포함돼 있는지 확인할 수 있다. 불꽃의 열 때문에 원자의 전자들이 들뜬상태로 전이됐다가 돌아오면서 에너지를 방출하는데, 원자마다 에너지 준위가 다르므로 다른 색이 나타나는 원리를 이용하는 것이다. | ||
일상생활에서는 별 의미가 없을 것 같지만, [[불꽃놀이]]의 불꽃 색상을 내는 데 불꽃 반응을 사용한다. | |||
==불꽃색== | ==불꽃색== | ||
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File:FlammenfärbungSb.png|안티모니(Sb)의 불꽃 반응 | |||
File:Flametest--Cu.swn.jpg|구리(Cu)의 불꽃 반응 | |||
File:Flametest--Na.swn.jpg|나트륨(소듐, Na)의 불꽃 반응 | |||
File:FlammenfärbungK.png|칼륨(포타슘, Ka)의 불꽃 반응 | |||
File:FlammenfärbungLi.png|리튬(Li)의 불꽃 반응 | |||
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원소별 불꽃색은 다음과 같다. | 원소별 불꽃색은 다음과 같다. | ||
{|class = "wikitable" | |||
|[[리튬|Li]]: 빨간색 | |||
|[[소듐|Na]]: 노란색 | |||
|[[포타슘|K]]: 분홍색 | |||
|[[칼슘|Ca]]: 주황색 | |||
|[[스트론튬|Sr]]: 빨간색 | |||
|- | |||
|[[비소|As]]: 파란색 | |||
|[[바륨|Ba]]: 황록색 | |||
|[[구리|Cu]]: 청록색 | |||
|[[붕소|B]]: 연두색 | |||
|[[세슘|Cs]]: 연보라색 | |||
|- | |||
|[[인듐|In]]: 파란색 | |||
|[[몰리브덴|Mo]]: 황록색 | |||
|[[인|P]]: 옅은 청록색 | |||
|[[납|Pb]]: 연두색 | |||
|[[루비듐|Rb]]: 연보라색 | |||
|- | |||
|[[안티몬|Sb]]: 연두색 | |||
|[[셀레늄|Se]]: 하늘색 | |||
|[[텔루륨|Te]]: 연두색 | |||
|[[티타늄|Ti]]: 초록색 | |||
|[[아연|Zn]]: 비취색 | |||
|- | |||
|[[알루미늄|Al]]: 은백색 | |||
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위에서 보듯, 비슷한 색을 내는 것이 많아서 맨눈으로 확인하는 데에는 한계가 있다. 따라서 정확히 파악하려면 선 스펙트럼을 비교해야 한다. | |||
위에서 보듯, | |||
==선 스펙트럼== | ==선 스펙트럼== | ||
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===보어의 원자 모형에 따른 설명=== | ===보어의 원자 모형에 따른 설명=== | ||
보어의 원자 모형에서 전자는 원자핵 주위 전자껍질을 따라 원운동을 하며, 같은 전자껍질에서 움직이는 동안은 에너지 준위가 | 보어의 원자 모형에서 전자는 원자핵 주위 전자껍질을 따라 원운동을 하며, 같은 전자껍질에서 움직이는 동안은 에너지 준위가 'n의 제곱 분의 -1312 kJ/㏖ (단, n=주양자수)'로 일정하다. 다른 전자껍질로 전이할 때만 두 전자껍질의 에너지 준위 차이만큼 에너지를 흡수하거나 방출하는데, 전자는 전자껍질과 전자껍질 사이에 존재할 수 없으므로 불연속적인 선 스펙트럼이 나타난다. | ||
예를 들어 수소 원자는 전자를 하나만 가지므로, 수소 원자의 선 스펙트럼은 그 전자가 들뜬상태가 되었다가 어느 껍질로 돌아오는지를 나타낸다. 이중 K 껍질로 돌아오면서 나타나는 것들은 라이먼 계열, L 껍질로 돌아오면서 나타나는 것들은 발머 계열, M 껍질로 돌아오면서 나타나는 것들은 파셴 계열이라 분류한다. | 예를 들어 수소 원자는 전자를 하나만 가지므로, 수소 원자의 선 스펙트럼은 그 전자가 들뜬상태가 되었다가 어느 껍질로 돌아오는지를 나타낸다. 이중 K 껍질로 돌아오면서 나타나는 것들은 라이먼 계열, L 껍질로 돌아오면서 나타나는 것들은 발머 계열, M 껍질로 돌아오면서 나타나는 것들은 파셴 계열이라 분류한다. | ||
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===현대적 원자 모형에 따른 설명=== | ===현대적 원자 모형에 따른 설명=== | ||
그러나 보어의 원자 모형은 애당초 수소 원자의 스펙트럼만을 설명하기 위해 나온 것으로, 다른 원자에는 정확히 적용되지 | 그러나 보어의 원자 모형은 애당초 수소 원자의 스펙트럼만을 설명하기 위해 나온 것으로, 다른 원자에는 정확히 적용되지 않았다. 다른 원자의 선 스펙트럼에서는 전자껍질 둘 사이를 이동할 때 방출하는 빛이 하나가 아니라 미세한 선 여러 개인 것으로 갈라져서 나오는데, 보어의 원자 모형으로는 이를 설명할 방법이 없었다. 하지만 현대적 원자 모형이 나오면서 주양자수가 같더라도 s오비탈과 p오비탈, d오비탈 등의 에너지 준위가 서로 달라서 그런 현상이 생기는 것임을 알 수 있게 되었다. | ||
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[[분류:불]] |
2021년 6월 15일 (화) 18:58 기준 최신판
개요[편집 | 원본 편집]
겉불꽃 속에 넣은 금속 원소가 고유의 빛을 발하는 반응이다. 이를 이용해 화합물에 어떤 금속 양이온이 포함돼 있는지 확인할 수 있다. 불꽃의 열 때문에 원자의 전자들이 들뜬상태로 전이됐다가 돌아오면서 에너지를 방출하는데, 원자마다 에너지 준위가 다르므로 다른 색이 나타나는 원리를 이용하는 것이다.
일상생활에서는 별 의미가 없을 것 같지만, 불꽃놀이의 불꽃 색상을 내는 데 불꽃 반응을 사용한다.
불꽃색[편집 | 원본 편집]
원소별 불꽃색은 다음과 같다.
Li: 빨간색 | Na: 노란색 | K: 분홍색 | Ca: 주황색 | Sr: 빨간색 |
As: 파란색 | Ba: 황록색 | Cu: 청록색 | B: 연두색 | Cs: 연보라색 |
In: 파란색 | Mo: 황록색 | P: 옅은 청록색 | Pb: 연두색 | Rb: 연보라색 |
Sb: 연두색 | Se: 하늘색 | Te: 연두색 | Ti: 초록색 | Zn: 비취색 |
Al: 은백색 |
위에서 보듯, 비슷한 색을 내는 것이 많아서 맨눈으로 확인하는 데에는 한계가 있다. 따라서 정확히 파악하려면 선 스펙트럼을 비교해야 한다.
선 스펙트럼[편집 | 원본 편집]
빛은 파장에 따라 굴절률이 다르므로 분광기로 분해하면 파장 순서대로 나열된다. 이 스펙트럼의 생김새는 빛의 종류에 따라 달라지므로, 불꽃색의 스펙트럼을 분석하면 정확한 성분을 알아낼 수 있다. 햇빛이 연속적인 스펙트럼으로 나타나는 데 반해, 이들은 듬성듬성 떨어진 선 스펙트럼으로 나타나는 이유는 다음과 같다.
보어의 원자 모형에 따른 설명[편집 | 원본 편집]
보어의 원자 모형에서 전자는 원자핵 주위 전자껍질을 따라 원운동을 하며, 같은 전자껍질에서 움직이는 동안은 에너지 준위가 'n의 제곱 분의 -1312 kJ/㏖ (단, n=주양자수)'로 일정하다. 다른 전자껍질로 전이할 때만 두 전자껍질의 에너지 준위 차이만큼 에너지를 흡수하거나 방출하는데, 전자는 전자껍질과 전자껍질 사이에 존재할 수 없으므로 불연속적인 선 스펙트럼이 나타난다.
예를 들어 수소 원자는 전자를 하나만 가지므로, 수소 원자의 선 스펙트럼은 그 전자가 들뜬상태가 되었다가 어느 껍질로 돌아오는지를 나타낸다. 이중 K 껍질로 돌아오면서 나타나는 것들은 라이먼 계열, L 껍질로 돌아오면서 나타나는 것들은 발머 계열, M 껍질로 돌아오면서 나타나는 것들은 파셴 계열이라 분류한다.
위 식에서 확인할 수 있듯이, 전자껍질 사이 에너지 차이는 K와 L 사이에서 가장 크고 그 뒤로는 점차 줄어든다. 그리고 빛의 에너지와 파장은 반비례 관계이므로, 가장 큰 에너지 차이를 이동하는 라이먼 계열의 파장이 가장 짧고, 같은 계열 안에서도 멀리서 오는 것일수록 파장이 짧다. 따라서 라이먼 계열은 자외선, 발머 계열은 가시광선, 파셴 계열은 적외선으로 나타난다.[1] 이를 앞글자만 따서 “자라가 가발 쓰고 파전(적)을 먹는다.”라고 외울 수도 있다.
현대적 원자 모형에 따른 설명[편집 | 원본 편집]
그러나 보어의 원자 모형은 애당초 수소 원자의 스펙트럼만을 설명하기 위해 나온 것으로, 다른 원자에는 정확히 적용되지 않았다. 다른 원자의 선 스펙트럼에서는 전자껍질 둘 사이를 이동할 때 방출하는 빛이 하나가 아니라 미세한 선 여러 개인 것으로 갈라져서 나오는데, 보어의 원자 모형으로는 이를 설명할 방법이 없었다. 하지만 현대적 원자 모형이 나오면서 주양자수가 같더라도 s오비탈과 p오비탈, d오비탈 등의 에너지 준위가 서로 달라서 그런 현상이 생기는 것임을 알 수 있게 되었다.
각주
- ↑ 발머 계열 중 n=7 이상인 전자껍질에서 돌아올 때 방출하는 빛만 예외적으로 자외선 영역에 속한다.