화학의 힘으로 발견하는 보라색의 비밀

한 해 중 가장 짧은 달이면서, 새해의 설렘을 갈무리하며 새학기를 준비하는 2월. 2월을 대표하는 탄생석은 보라색의 오묘한 빛을 내는 자수정인데요. 자수정의 빛인 보라색은 예로부터 귀족이나 왕족만이 사용할 수 있는 고귀한 색이었다고 합니다. 자연적으로 보기 어려운 보라색은 보석, 원소 등 다양한 화학 물질에서 찾아볼 수 있죠. 우리 주변에 화학의 힘으로 발견한 보라색, 같이 알아 보실까요?

 

 

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색이 보이는 이유

   

빨주노초파남보~ 우리 주변에는 다양한 색이 있습니다. 바다는 파랗고, 새싹은 초록이며 낙엽은 노랑, 주황 알록달록 물들죠. 그런데, 어떤 물질은 눈으로 보면 색이 있지만 손으로 잡으면 투명하게 비추곤 합니다. 우리 눈은 어떤 원리로 물건의 색을 판단하고 보는 것일까요?

해답은 바로 빛의 반사와 굴절에 있습니다. 우리의 눈은 광원으로부터 나온 가시광선 등으로 색을 판단하는데요. 이 가시광선은 여러 색이 합성된 흰색의 백색광입니다. 가시광선이 물질에 닿았을 때, 내부로 흡수되지 않고 반사되는 빛이 우리 눈에 닿아 색으로 보이게 되는 것이죠. 

예를 들자면, 바다의 경우 가시광선 중 파란 색 영역의 빛을 반사하기 때문에 우리 눈에 파랗게 보이는 것입니다. 종이는 모든 가시광선을 반사시켜 흰색으로 보이고, 세상에서 가장 까만 물감 ‘반타 블랙’은 모든 가시광선을 흡수해 짙은 검정색으로 보이죠.

 

 

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자수정의 보라색은 반사와 굴절

  

그렇다면, 자수정은 왜 보라색으로 보이는 걸까요? 앞서 설명 드린 바와 같이 자수정은 ‘보라색 광선’을 제외한 가시광선을 흡수해 보라색 보석으로 보입니다. 그리고 자수정이 보라색 광선만 반사하는 것에는 자수정의 화학적 성질이 포함되어 있습니다.

자수정은 석영에 속하는 보석으로 주요 구성요소는 산소(O)와 규소(Si)로 이루어져 있습니다. 그리고 미량의 철(Fe)이 포함되어 있죠. 산소의 자리에 들어간 철은 빛을 흡수하고 내보내는 과정에서 보라색 광선만 배출하여 자수정을 보라색으로 보이게 합니다. 더 많은 철이 포함되어 있을수록, 더 진한 보라색의 자수정을 만날 수 있답니다.

 

 

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보라색의 이름을 딴 아이오딘

   

빛의 반사를 통해 보라색으로 보이는 화학 물질은 또 무엇이 있을까요? 대표적인 보라색 원소 ‘아이오딘(I)’이 있습니다. 아이오딘(요오드)은 ‘보랏빛 같다’라는 뜻의 그리스어에서 유래되었다고 하는데요. 황산과 해초를 우려낸 재에 황산을 부었더니 보라색 연기가 나오면서 ‘아이오딘’이 발견되었다고 합니다. 

아이오딘은 할로겐 원소로 플루오린, 염소처럼 최외각 전자 껍질에 7개의 전자를 가진 원소인데요. 이 원소들은 전자가 파장을 흡수하며 색을 나타냅니다. 빛이 할로겐 원소에 닿으면 에너지가 낮은 전자가 높게 들떠 일부 파장을 흡수하게 되죠. 

이때 원자번호가 커질수록, 원소가 흡수하는 빛의 파장은 길어지는데요. 원자번호 17의 염소(Cl)는 파장이 짧은 보라색 광선을 흡수해 황록색 빛이 나며, 원자번호 35번 브로민(Br)은 조금 더 파장이 긴 파란 광선을 흡수해 적갈색을 띱니다. 아이오딘(I)은 원자번호 53번으로 초록색 광선을 흡수해 보라색으로 보이는거죠.

 

 

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칼륨의 아름다운 보라색 불꽃

   

원소 자체가 가진 색과 달리 원소가 불꽃을 만나 색을 내기도 하는데요. 불꽃을 만나면 보라색을 내는 ‘칼륨(K)’이 주인공입니다. 칼륨은 원자번호19번의 알칼리성 금속으로 은백색을 띠고 있습니다. 칼륨을 불꽃에 연소하게 되면, 아름다운 보랏빛 불꽃을 만날 수 있습니다. 

칼륨 같은 알칼리 금속 원소는 최외각 전자가 1개로, 비교적 단순한 전자 배치를 가지고 있는데요. 이 금속 원소의 전자는 열에 의해 전자가 들뜨게 됩니다. 들뜬 전자는 안정된 바닥상태로 전이되며 스펙트럼, 가시광선을 방출하는데 이 가시광선의 색이 우리 눈에 닿으며 불꽃 색을 확인할 수 있습니다. 

 

한 영화에서 정반대의 삶을 살던 두 주인공은 불꽃 반응과 무지개를 통해 아름다운 색을 만들어 냈습니다. 이들은 물과 불이라는 종족 차이에도 불구하고 기적 같은 사랑을 이뤄냈죠. 인간이 볼 수 있는 가시광선 중 가장 짧은 파장인 보라색도 기적적으로 적색·청색 원추세포가 동시에 자극되며 인지되는 색인데요. 권력과  신비로움의 상징인 보라. 오늘부터는 화학의 힘을 빌려, 기적적으로 만난 보라색을 떠올리며 우리의 삶도 기적으로 가득 차 있다는 것을 기억해보면 어떨까요?

 

 

 

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종합 케미칼 & 에너지 리더,

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