원소의 확인 - 불꽃 반응

안녕하세요.

제주도에서 중·고등학생을 대상으로 개인&그룹 과학수업을 하고 있는 달빛과학 입니다.

사진에서 보이는 불꽃 색깔이 참 영롱하지 않나요?

어떤 금속 원소를 가진 물질을 높은 온도의 불꽃에 넣었을 때 나타나는 색깔입니다.

나트륨이나 구리 같은 금속 원소는 종류에 따라 불꽃 색깔이 다르답니다.

불꽃색을 보고 어떤 원소가 물질에 들어있는 지 맞출 수 있다는 이야기죠.

*** 불꽃 반응 실험 [Flame Test]

금속 원소가 포함된 물질을 불꽃에 넣었을 때 원소의 종류에 따라 다양한 불꽃색이 나타나는데요, 이런 반응을 '불꽃 반응(flame reaction)'이라고 합니다.

▶ 금속 원소 [metallic element]

말 그대로 금속의 성질을 가진 원소를 말합니다. 전기와 열이 잘 전달되는 원소들이죠. 우리가 암기한 원소들 중 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 구리(Cu), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 금(Au) 등이 있습니다.

■ 불꽃 반응 실험 과정

1) 아래 사진에서 보이는 니크롬선(백금선을 써도 됩니다)을 묽은 염산과 증류수로 씻어냅니다.

정확한 실험을 위해 니크롬선에 묻어있을 수 있는 다른 물질들을 없에는 과정이에요. 니크롬이나 백금은 특정한 불꽃 반응 색깔이 없기 때문에 사용할 수 있어요. 하지만 만약 구리(Cu)선으로 실험을 한다면 어떻게 될까요? 구리는 특정한 불꽃 반응색이 있기 때문에 실험이 무의미해지겠죠 ^^;;

2) 이렇게 깨끗하게 씻은 니크롬선을 다른 색깔이 나타나지 않을 때까지 불꽃에 가열합니다. 이때 온도가 가장 높고 투명한 부분인 겉불꽃에 넣어야 실험이 잘 이루어 집니다. 별표가 있는 부분이 바로 겉불꽃 부분입니다.

3) 자, 이제 준비가 다 되었다면 실험할 물질을 니크롬선 끝에 뭍혀서 겉불꽃에 넣고 색깔을 관찰합니다. 나트륨(Na)의 불꽃 반응색이 궁금하다면 염화나트륨(NaCl)을 니크롬선에 뭍혀서 겉불꽃에 넣어보면 되겠네요.

 실험 물질을 바꿀 때 마다 묽은 염산과 증류수에 씻고, 겉불꽃에 넣어 확인하는 과정을 반복합니다. 

■ 불꽃 반응 실험 결과

리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 구리(Cu)의 불꽃 반응 실험 결과입니다. 정말 금속 원소의 종류마다 색깔이 다양하죠?

불행하게도.

중학교 과정에서 일곱 가지 원소의 불꽃색은 암기를 해야합니다. ㅠㅜ

자료 가장 아래에 빈칸 문제를 붙여 놓았으니 시간이 날 때마다 잠깐씩 보고 꼭 암기하시길 바랍니다 ㅠㅜ

■ 불꽃 반응의 특징

- 실험 방법이나 도구가 간단하고 쉬운 편입니다.

- 실험하는 물질이 조금만 있어도 불꽃 반응색으로 금속 원소를 확인할 수 있습니다.

- 모든 금속 원소를 구분할 수는 없습니다. (리튬도 빨간색, 스트론튬도 빨간색이죠)

- 물질의 종류가 달라도 금속 원소가 같다면 불꽃색이 같습니다.

 ex) 염화구리(CuCl2)와 황산구리(CuSO4)는 종류는 다르지만 구리(Cu)를 포함하고 있기 때문에 불꽃 반응색이 청록색입니다.

쉽고 간단한 불꽃 반응 실험으로 금속 원소의 종류를 확인하는 방법에 대해서 알아봤습니다. 그렇다면 리튬과 스트론튬 같이 불꽃색이 같은 원소는 어떤 방법으로 구분할 수 있을까요?

다음 학습자료에서는 더 많은 원소를 구분하고 확인할 수 있는 방법인 '선 스펙트럼' 실험에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 아래 빈칸 문제 꼭 확인하셔서 원소-불꽃색 암기를 확실히 하시길 바랍니다 ^^

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