화려한 종류의 불꽃놀이!

이제 여름이 지나가고 가을이 오면 다양한 축제가 많이 열리는데요! 너무나 예쁘고 강렬한 축제는 뭐니 뭐니 해도 불꽃놀이가 아닐까 싶습니다. 알록달록 화려한 불꽃놀이를 보고있으면 다양한 모양과 색상에 압도당하게 되는데요. 밤하늘을 수놓는 화려한 불꽃놀이는 어떻게 다양한 색을 낼 수 있을까요?

폭죽을 만들 때 공장에서는 폭약과 함께 몇 가지 화학물질을 집어 넣습니다. 각 화학물질은 열을 가하면 특정한 빛을 냅니다. 녹색 불빛이 낭만적이라고 생각된다면 같은 화학물질을 벽난로나 모닥불의 불꽃 속에 넣어보세요. 같은 초록색의 불꽃을 볼 수 있을 것입니다.

어떤 원자를 불 속에 던지면 이 원자는 불의 에너지를 빨아들여 전자의 움직임이 빨라집니다. 이렇게 뜨거운 전자들은 곧 처음의 낮은 에너지 상태로 돌아가는데 이것을 바닥 상태라고 합니다. 전자가 바닥 상태로 돌아가는 가장 쉬운 방법은 빛의 형태로 여분의 에너지를 방출하는 것입니다. 충분히 많은 수의 원자가 동시에 열에너지를 빨아들였다가 이것을 동시에 빛의 형태로 방출하면 아주 밝은 빛이 됩니다.

불꽃 속의 원자나 분자들은 저마다 정해진 양만큼의 에너지만을 받아들였다 내보냈다 할 수 있습니다. 왜냐하면 모든 형태의 원자나 분자는 저마다 정해진 전자에너지의 값이 있기 때문입니다. 다른 말로 하면, 각각의 원자와 분자는 서로 다른 파장, 서로 다른 색의 빛을 낸다는 것입니다. 모든 원자나 분자는 이른바 독특한 방출 스펙트럼을 갖습니다. 폭죽을 판매하는 분들에겐 안된 일이지만 대부분의 원자와 분자는 우리가 볼 수 없는 색, 적외선이나 자외선을 냅니다. 그러나 어떤 원소의 원자들은 우리가 볼 수 있는 알록달록 다양한 색을 냅니다.

폭죽 공장에서는 색을 내는 원자들을 원자 자체의 형태로 사용하는 것이 아니라 다른 물질과의 화합물 형태로 된 것을 집어넣는데, 여러 가지 색을 내는 원자들에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

빨간색 : 가장 많이 쓰이는 스트론튬은 주황색을 내고 칼슘은 황적색, 리튬은 양홍색을 냅니다.
노란색 : 나트륨이 순수하고 밝은 노란색을 냅니다.
초록색 : 가장 많이 쓰이는 것은 바륨으로 황록색을 내고 구리는 에메랄드색, 텔루즈는 초록색, 탈륨은 청록색, 아연은 흰색이 섞인 녹색을 냅니다.
파란색 : 가장 많이 쓰이는 구리는 하늘색을 내고 비소와 납, 셀렌은 밝은 파란색을 냅니다.
보라색 : 세슘이 푸른 자주색, 칼륨은 붉은 자주색, 루비듐은 보라색을 냅니다.

요즘 캠핑을 즐기시는 분들이 대단히 많은데 불을 피울 수 있는 기회가 생긴다면 소금을 불 위에 뿌려보시기를 바랍니다. 나트륨이 만들어내는 밝은 노란색 불꽃을 볼 수 있을 것입니다. 나트륨이 들어있지 않은 식사를 하는 사람들을 위해 만들어진 조미료에는 소금 대신 염화칼륨이 들어있는데 이것을 불 속에 뿌리면 나트륨과 달리 칼륨만이 낼 수 있는 붉은 자주색 불꽃을 볼 수 있습니다. 항우울증 치료를 받는 중이라면 약을 불꽃 속에 넣어보세요. 약 안에 들어 있는 리튬 성분이 처음 보는 아름다운 빨간색의 불꽃을 만들어낼 것입니다.

그렇다면 불꽃에서 더 나아가 네온사인을 한번 살펴봅시다. 어두운 공간을 화려하게 장식하는 네온사인을 우리는 많이 보게 되는데, 네온사인의 색은 유리에 칠을 해서 만들어내는 것일까요?

정답은 아닙니다. 네온사인의 색은 전기에 의해 자극되는 원자들이 실제로 빛을 낼 때 만드는 색입니다. 원리는 폭죽과 동일합니다. 에너지로 원자를 자극하면 원자들은 여분의 에너지를 자신의 독특한 파장의 빛으로 방출합니다.

불꽃놀이와 네온사인에는 몇 가지 다른 점이 있습니다. 네온사인에서는 원자들이 화학물질이 아닌 기체 상태로 유리관 안에 들어있습니다. 공장에서는 이 유리관을 원하는 모양으로 구부려 다양한 글자나 모양을 만들어냅니다. 네온사인에서는 폭발이 일어나지 않지만 대신 유리관의 한쪽 끝에서 반대쪽 끝을 향해 지나가는 고압 전류에 의해 자극된 기체 원자가 빛을 냅니다. 이 기체가 네온이면 우리 눈에 익은 주황색을 내서 00 레스토랑, 00 카페가 어디에 있는지를 알려주는 것입니다.

다른 기체들도 전류에 의해 자극되면 저마다 다른 색을 냅니다. 예를 들어 헬륨은 진분홍색을 내고 크립톤은 밝은 보라색, 아르곤은 푸른 자주색, 크세논은 청록색을 냅니다. 이와의 다른 색을 내려면 기체 몇 가지를 섞거나 공의 빛 방출 특성을 갖고 있는 고체 물질을 튜브 안에 코팅하면 됩니다. 이렇게 여러 가지 기체가 있지만 사람들은 관습에 의해 이들을 모두 네온사인이라고 부르는 것입니다.