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[일반화학실험]불꽃 반응
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[일반화학실험]불꽃 반응

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불꽃 시험을 통해 금속 이온들의 종류를 확인하고 금속 이온들의 원자 스펙트럼을 이해해보는 레포트입니다.

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1. 실험 이론 및 원리
1.1. 실험 배경
금속원소 또는 그 원소를 포함한 물질(이온결합 화합물)은 불꽃 속에 넣었을 때 나타나는 불꽃색이 다르다. 이유는 금속 원소의 원자가 가열 전에는 전자가 가장 에너지가 낮은 상태로 배치되어 있는 바닥상태를 유지한다. 여기에 가열을 하면 전자가 에너지를 흡수해 더 바깥 전자껍질로 이동을 한 들뜬상태가 되어 불안정해진다. 들뜬상태에서는 다시 안정한 바닥상태로 돌아가려하며, 이 때 가시광선영역의 파장을 가진 에너지를 방출하여 각 원소마다 고유한 불꽃색이 관찰된다. 이 불꽃색을 조사하여 물질의 원소를 알아낼 수 있다. 불꽃반응 실험은 실험방법이 쉽고 간단하고 적은양의 시료로도 성분 원소의 구별이 가능하다. 또 물질의 종류가 달라도 불꽃색이 같으면 같은 원소가 포함되어 있다는 것을 알 수 있다.

원자의 빛 흡수와 방출

하지만 눈으로 확인할 수 있는 색에 한계가 있어 비슷한 불꽃색을 갖는 원소는 구별하기 힘들다. 따라서 이런 경우에는 원소마다 고유의 스펙트럼을 가지고 있기 때문에 분광기를 통해 선스펙트럼을 조사하면 물질을 알아 낼 수 있다. 각 원소마다 선의 위치, 굵기, 개수가 달라서 화합물에 포함된 원소를 구별할 수 있다. 특히, 불꽃반응으로 구분하기 힘든 리튬(Li)과 스트론튬(Sr)의 경우도 스펙트럼을 분석하여 쉽게 원소를 구별할 수 있다.

<중 략>

7. 토의 사항
1.1. 실험 고찰
본 실험은 불꽃 시험을 통해 금속 이온의 종류를 확인하는 실험이었다. 관찰된 불꽃색과 실제 불꽃색이 같거나 비슷하게 나온 원소는 구리, 스트론튬, 바륨, 칼슘, 나트륨으로 5가지이다. 그리고 다르게 나오거나 관찰이 안 된 원소는 각각 리튬과 칼륨이다. 실험결과가 이렇게 나온 원인 중 첫 번째는 수용액에 있다. 수용액에 금속이온이 얼마나 녹아 있는지 즉 수용액의 농도에 따라서 불꽃의 진하기나 세기가 달라지기 때문이다. 실험을 할 때 불꽃의 진하기가 약했고 또한 주의가 밝아 관찰이 어려웠다.

불꽃반응 결과 리포트

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8. 토의
실험 목적
금속의 산화반응을 이해하고 이를 이용하여 금속의 상대적 반응성을 알아본다.
실험 진행 및 결과
이번 실험은 각각의 금속원소가 포함된 시료를 불꽃에 반응시켜서 나타나는 색을 관찰하는 실험이었다. 실험에 필요한 각각의 시료를 기름종이에 덜어 와서 잊어버리지 않게 이름을 써놓고 실험에 임하였다. 알코올램프를 라이터로 점화하고 끝을 말아 수저모양으로 만든 니크롬선으로 시료를 떠서 불꽃에 넣어서 나오는 불꽃색을 관찰하였다. 그다음 니크롬선을 염산에 15초 정도 담근 후 다시 다른 시료를 묻히고 불꽃에 넣어서 나오는 불꽃색을 관찰하기를 계속 반복하여 모든 시료의 불꽃색을 관찰했다.
관찰 결과 구리의 불꽃색은 청록색 이였고 리튬의 불꽃색은 빨간색 이였고 스트론튬의 불꽃색은 진한 빨간색 이였고 나트륨의 불꽃색은 노란색 이였고 바륨의 불꽃색은 황록색 이였고 칼륨의 불꽃색은 보라색 이였고 칼슘의 불꽃색은 주황색 이었다.
오차가 큰 것과 이유
이번 실험에서의 오차는 불꽃색을 보고 색을 판단할 때 개인마다 기준이 다르기 때문이라고 생각한다. 같은 색을 보고도 자주색이라고 할 수도 있고 보라색이라고 할 수도 있다. 비슷한 불꽃색의 금속들은 불꽃색만으로는 구분할 수 없다. 불꽃색이 비슷한 경우 분광기를 이용하여 원소를 구별해 낼 수 있다.

참고 자료

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