비금속원소 불꽃반응 - bigeumsog-wonso bulkkochban-eung

위 동영상을 보면

 무언가 흰 가루를 바닥에 늘어놓고 한꺼번에 불을 붙이는데, 불꽃 색이 다 다르죠?

왜 이런 일이 일어날까요?

원인은 바로 저 하얀 가루들에 섞여있는 금속 원소 때문이에요

.

어떤 물질이 금속 원소를 포함하게 되면 , 물질을 태울때 금속 원소의 고유의 불꽃색이 나타나게 되요

! (이유는 밑에서 자~~세히 설명한답니다 )

예를 들어 ,

LiH를 태우면 물질 속의 금속 원소 리튬(Li) 때문에 리튬고유의 불꽃색인 붉은색이 나타나게 되구

KCl을 태우면 , 물질 속의 금속 원소인 칼륨(K) 때문에 칼륨 고유의 불꽃색인 보라색이 나타나게 되고요.

그래서 어떤 물질을 태웠을때 어떤 금속 원소의 불꽃색이 나타난다면 ,

물질은 그 금속 원소를 포함하겠구나 ~ 라고 유추할 수 있어요. 

그리고 적은 양을 가지고도 성분을 알 수 있는 점도 장점이구요.

하지만

이런 ​불꽃 반응을 이용해 시료를 분석하려고 하면 , 한계가 있죠..

나는 물질을 정확하게 알고 싶은데 , 불꽃색이 비슷한 원소들은 눈으로는 확인이 힘들죠 !

위의 루비듐 (Rb) 과 세슘(Cs)  .. 밑에 써져 있지 않으면 뭐가 뭔지 알 수가 없죠.

이러한 불꽃 반응의 단점을 보안하기 위해 고안된 방법이

 선 스팩트럼 분석법인데요

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​흠..먼저

선 스팩트럼 분석법을 온전하게 이해하기 위해 2가지를 알아야 해요.

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첫번째는 왜 금속 시료를 태웠을때 빛이 나는가?에 대한 이유에요.

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위 그림에서 볼 수 있듯이 , 원자는 돌 수 있는 특정한 궤도가 있는데요, ( 어려운 말로는 양자화 라고 한답니다~ )

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이 궤도에 따라 전자들이 가지고 있는 에너지를 대충 추측해 볼 수 있는데요.

원자핵에 가까울수록 에너지가 낮고 , 원자핵에서 멀리 떨어져 있을수록 에너지가 큰 전자랍니다.

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즉 n=1​에 있는 전자보단 , n=6에있는 전자가

그림에는 안 나와있지만 n=11에 있는 전자가 n=6에 있는 전자보다 큰 에너지를 가지고 있는 거에요.

운동장을 돌고있는 학생들로 생각하면 쉬워요.

트랙 맨 끝에 , 거리로 따지자면 가장 긴 쪽으로 도는 친구들이 힘이 많이 남아 도는 거고

트랙 맨 안쪽에서 거리를 조금이라도 줄여보려고 노력하는 ..저 같은 사람들은 힘이 딸리고 있다는 거죠!

전자들도 비슷해요.

큰 궤도를 돌던 , 큰 에너지를 가지고 있던 전자가 작은 궤도로 이동하면 ( 어려운 말로는 전이 하면 )

남는 힘을 방출해야 겠죠? 전자들은 빛 형태로 에너지를 방출한답니다.

반대로 작은 궤도를 돌던 , 작은 에너지를 가진 전자가 큰 궤도로 이동하려면 !

빛을 흡수에서 에너지를 받아야겠죠 ! 에너지를 받은 후 힘을 충전해서 더 큰 궤도로 가는 것 이랍니다.

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그런데 가장 안정되고 , 원자들이 선호하는 상태는

에너지가 가장 낮아서 , 안정한 형태랍니다.

그러니까 되도록이면 n= 1,2,3.. 이렇게 에너지 준위가 낮은 쪽에 전자들을 놓고 싶어 하는 거죠.

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우리가 금속 원소들을 뭍힌 시료들을 불 속에 던져 넣으면 !

불이 전달하는 열에너지가 원자에 전달되구 , 에너지 준위가 낮은 궤도에 있던 안정된 전자들이 열에너지를 받아

높은 궤도로 휙! 전이 해 버려요.

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하지만 아까 말했듯이 원자들이 선호하는 상태는 , 에너지가 낮은 궤도라고 했죠?

그래서 다시 흥분한 전자들이 제 궤도로 들어가면서 빛을 방출하게 되요.​

전자가 에너지가 낮은 궤도로 돌아가면서 내는 가시광선의 색이 , 바로 불꽃색이 되는 것이구요!

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*​

불꽃색이 원소마다 다 다른 이유는 , 오비탈 개념이 필요해서

지금 이해하기는 조금 어려운데요,

원자들마다 똑같은 1궤도 , 2궤도 ..이렇게 주양자수가 똑같아도

원자핵과 전자들끼리 상호작용을 하기때문에 

다른 원자라면 , 정확히 같은 빛들을 방출하는건 불가능하다~ 라고 알아두시면 지금으로썬 충분해요 :)

궤도의 차이때문에 , 불꽃색이 다 다르게 나타나는 거죠.

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두 번째는 우리가 보는 빛이 다가 아니라는 사실 입니다.

우리가 직접 볼 수 있 빛은 가시광선 (말 그대로 볼수 있는 빛 , 영어로는 ( visible ray ) 뿐 이에요.

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이렇게 왼쪽부터 감마선 , 엑스선 , 자외선 , 가시광선 , 마이크로파 , 전자파

이렇게 여러 가지 종류의 빛이 있구 우리가 볼수있는 파장대의 빛을 가시광선이라고 이름 붙인 거에요.

빛이 눈에 보이는게 다는 아닌거죠~

가시광선 내에서 또 한번 빨주노초파남보 ~ 색이 나눠 지는 거구요.

우리의 눈은 좋은 편이 아니라서 , 이러한 가시광선도 파장이 비슷하면

다 똑같은 색이라고 인식해 버린답니다..

그래서 불꽃 반응 색도 사실은 조금씩 다 다른 색이지만 ,

우리 눈이 좋지 않아서 인식을 못 할 뿐이랍니다.

여기서 잠깐 퀴즈

왜 불꽃반응에서 비금속은 불꽃색에 영향을 미치지 않을까요?

답은 .. 많이 많이 생각해 보시라고

오비탈에 대해서 쓴 후 공개하겠습니다  !

...

안 궁금하시다고요 ? 전 이거 공부할때 궁금해 미치는 줄 알았는데 -_-

저만 그런가봐요. 하하

아무쪼록 이러한 이유로 우리는

 선 스팩트럼 분석법을 도입해서 , 비슷한 불꽃색들을 가진 원소들을 구분해요!

이렇게 선 스팩트럼 분석법을 사용하면

아까 비슷해 보였던 Rb와 Cs이 확연하게 구분 되죠!

이러한 불꽃 반응은 , 사실 현대에 원소 분석 방법으로 잘 쓰지는 않아요..

왜냐하면 금속 원소만 구분 할 수 있고 , 다른 원소들이 뭐가 얼마만큼 들어갔느냐는 알 수 없기 때문이에요.

양을 분석하고 다른 성분 원소도 알게 되는 분석법은 !

나중을 기대해주세요 ㅎㅎ

하지만 불꽃 반응은 아름다운 색 때문에 , 실생활에서도 이용되는데요~

대표적인 예가 불꽃놀이랍니다.

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다음 번에 불꽃놀이를 볼 때는,

엇! 금속의 불꽃 반응이군 생각하게 되실껄요?