밤하늘 수놓는 ‘불꽃놀이’의 원리는?
밤하늘 수놓는 ‘불꽃놀이’의 원리는?
  • 정태섭 기자
  • 승인 2019.07.15 11:13
  • 댓글 0
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(출처:pixabay.com)
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[데일리포스트=정태섭 기자] 형형색색의 불꽃이 밤하늘을 수놓는 화려한 불꽃놀이를 보면 저절로 환호성이 터져 나오게 된다. 불꽃놀이는 언제부터 생겼고 아름다운 색들은 어떻게 만들어질까?

불꽃놀이의 기원은 기원전 200년에 중국 연단술(불로장생의 약으로 믿었던 단을 제조하는 기술) 연구자가 화약 원료인 ‘초석(nitre)’을 발견한 것이 그 시초다. 하지만 당시에는 화약이 아닌 불로불사의 영약 재료로 다루어졌으며, 화약으로 사용되기 시작한 것은 그로부터 1000년 후 ‘흑색화약(black powder)’이 발명된 이후였다.

(출처:Getty Images)
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이후 인류사에 남을 발명으로 세계로 확대된 화약은 14세기경 이탈리아 피렌체 축제에서 불을 토하는 인형의 형태로 사용되며, 오늘날 불꽃놀이의 원형이 된 것으로 알려지고 있다.

국내에서는 1373년 최무선의 화약 제조법 발명 이후, 국가 차원에서 화약 관련 기술을 확대하기 위해 매년 불꽃놀이를 개최했다는 기록이 남아있다.  

기산풍속도첩-폭죽놀이
기산풍속도첩-폭죽놀이

불꽃놀이 폭죽은 '연화(煙火)'라고 부른다. 불꽃놀이는 대부분 발사관을 이용해 연화를 하늘로 쏘아 올려 연화가 일정 높이에 도달하면 화약이 폭발해 불꽃들이 하늘을 수놓는 방식이다.

불꽃놀이에는 '흑색화약'이 사용된다. 질산칼륨과 황, 숯으로 구성된 흑색화약은 폭발 속도가 음속과 유사한 초당 300m 정도로 일반 폭약 폭발 속도에 비해 상당히 느리다. 따라서 폭발로 인한 충격파도 거의 없으며 시끄러운 폭음도 발생하지 않는다. 

불꽃이 색색의 빛을 발하는 것은 연소반응과 불꽃반응 때문이다. 각 금속들이 화약과 함께 연소하면서 산소와 결합하는데 이 때 발생하는 빛은 원소마다 다른 파장을 가지고 있기 때문에, 화약에 혼합된 금속에 따라 서로 다른 색깔의 빛을 지닌 불꽃을 만들 수 있게 된다. 

스트론튬(Sr) 붉은색, 나트륨(Na) 노란색, 알루미늄(AI) 은색(백색), 구리(Cu) 파란색, 바륨(Ba) 녹색 등으로 연소한다. 화학 물질이 너무 많거나 적으면 온도가 변해 색의 파장도 크게 변한다. 점화시 화학물질의 적절한 혼합물이 전자를 자극해 다양한 색의 빛을 방출할 만큼 충분한 에너지를 생산한다.

(출처:pexels.com)
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불꽃 기술 연구 및 개발 분야의 전문가들은 이렇게 만들어지는 불꽃 가운데 가장 만들기 어려운 색이 파란색이라고 말한다. 밤하늘이 깜깜하게 보여도 사실 짙은 푸른색이기 때문에 푸른 불꽃을 밤하늘에 쏘면 번져 보이기 때문이다

푸른빛을 내는 화학 물질을 조합하는 과정은 상당히 까다롭다. 다른 색도 마찬가지지만 여러 화학물질과 금속 원소를 결합한 화합물을 사용해야 비로소 선명한 색상의 불꽃을 만들 수 있고, 특히 하늘과 유사한 파란색은 배경과 대비되도록 눈에 띄도록 만들어야 하기 때문에 제조과정이 훨씬 어렵고 복잡하다. 

불꽃놀이는 과학적 원리와 엄격한 제조 과정을 따른 결과다. 미국 퍼듀 대학(Purdue University) 화학과 폴 스미스 교수는 “밤하늘을 수놓은 선명하고 짙은 파란 불꽃은 복잡한 화학 반응이 만들어낸 멋진 예술“이라고 언급했다.



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