불꽃 반응

불꽃 반응이란 어떤 금속을 포함한 화합물을 불꽃에 넣었을 때 불꽃의 색이 금속의 종류에 따라 변하는 현상이다. 이러한 불꽃의 색은 금속 종류에 따라 다르므로, 이를 거꾸로 이용하여 어떤 화합물을 불꽃에 넣었을 때 나오는 색을 보면 금속 종류를 파악할 수 있다. 실제로 불꽃 반응의 영문명은 금속 검출 방법이라는 점 때문에 flame test이다. 참고 색깔이 비슷해 보여도 분광기를 통해 스펙트럼을 분석하면 차이를 알아낼 수 있다.

우리 생활에서 가장 쉽게 불꽃 반응을 확인할 수 있는 방법은 바로 가스레인지에 소금물을 묻혀 보거나 정 안 된다면 소금을 직접 던져 보는 것이다. 식용 소금은 대개 염화나트륨으로 구성되어 있기 때문에 나트륨에 의한 노란색이 나타난다. 참고로 이렇게 나오는 노란색은 파장이 589.29 nm인 나트륨의 고유한 특징으로서 소듐 D-선(sodium D-lines)이라고 부르는데, 이 빛이 우리가 밤에 길거리에서 자주 볼 수 있는 노란색 가로등 불빛이다.참고

그 외에도 유명한 색으로는 빨간색(루비색)의 루비듐, 청록색의 구리 등이 있다.

기본적인 원리는 불꽃에 의해 금속 원자 내지 이온의 최외각 전자가 들떴다가 다시 내려 오면서 방출하는 방출 스펙트럼이다. 그렇기 때문에 원자에 따라서 최외각 오비탈 간 에너지 차이에 해당하는 불빛이 나오고, 대개 레이저와 같이 단일 파장의 빛이 나오게 된다. 예컨대 소듐 불꽃에서 나오는 589.29 nm는 최외각 오비탈인 3s 오비탈에서 3p 오비탈로 들뜬 전자가 다시 3s 오비탈로 내려오면서 방출하는 빛이다. 더욱 자세한 분광실험에서는 단일 파장이 아닌 두 파장으로 나타나는데, 이는 스핀-궤도 결합에 의한 것으로, 소듐의 경우 588.9950 nm와 589.5924 nm에서 나타난다.