펑~! 깜짝이야! 새해 첫날을 맞아 여기저기서 행사를 열고 있나 봐. 불꽃놀이도 하겠지? 그런데 난 조금 두려워. 불꽃이 터질 때마다 내 심장도 같이 터지는 것 같단 말이야. 반짝이는 불빛은 아름답지만아름다운 축제의 밤을 평화롭게 즐길 방법은 없을까?

▲GIB

불꽃놀이는 전 세계 모든 나라가 즐기는 놀이지만, 맨 처음에는 중국에서 시작됐대.

최초의 불꽃놀이는 어떤 형태였을까? 원리도 궁금해!

하늘로 쏘아 올린 화약의 비밀

불꽃놀이에 쓰는 ‘폭죽’은 한자로 폭발할 폭(爆), 대나무 죽(竹) 자를 쓴 단어입니다. 기원전 2세기, 고대 중국 한나라에서 화약을 채운 대나무 통을 폭탄처럼 쓰던 것이 폭죽의 시초로 추정돼요. 이후 900년대 송나라에서 종이로 심지를 만든 놀이용 폭죽을 개발했고, 귀신을 쫓기 위한 행사나 축제날에 쓰면서 모양이 점차 다양해졌죠. 아랍 상인들을 통해 유럽으로 전파된 불꽃놀이는 왕의 생일잔치 등에 쓰이면서 좋은 날을 축하하기 위한 놀이로 자리잡았어요.

현대의 불꽃놀이는 색깔도, 규모도 훨씬 다양해졌습니다. 17세기 유럽 화학자들이 다양한 화학 원소를 활용해서 알록달록한 불꽃을 만든 덕이죠. 금속 원소에 불을 댔을 때, 금속의 종류에 따라 다른 색의 불꽃이 나타나는 것을 ‘불꽃 반응’이라고 합니다. 이러한 차이는 금속의 전자 때문에 나타나요. 금속 원자는 종류에 따라 각기 다른 전자 에너지 값을 가집니다. 서강대학교 화학과 이덕환 명예교수는 “금속 원자의 전자는 불꽃으로부터 열에너지를 받으면 들뜬 상태가 된다”고 설명했어요. 그러면서 “원자가 다시 에너지를 방출해 안정화를 하려 할 때 에너지가 가장 높은 상태와 낮은 상태의 차이에 해당하는 색깔의 빛이 방출되는 것”이라고 말했어요.

한편, 높은 하늘에 직경 수십 m인 거대한 불꽃을 터뜨리려면 특수한 폭죽이 필요합니다. 불꽃놀이용 폭죽인 연화는 추진제를 태워서 나온 가스를 통해 100~200m 상공으로 올라가요. 발사 후 일정 시간이 지나면 도화선을 태우는 불꽃이 안쪽까지 들어가 폭발하죠. 광운대학교 화학과 장홍제 교수는 “첫 번째 폭발로 생긴 추진력이 작은 스타들을 주변으로 흩뿌리고, 스타는 계산된 위치로 뻗어 나가서 다시 폭발한다”고 설명했습니다.

▲Hegelrast(W)

다양한 색깔의 불꽃 반응.

연화의 구조

➊ 스타: 불꽃 모양을 만드는 작은 화약. 색을 내기 위한 금속 화합물과 불이 잘 붙게 하는 착화제 등 화학 물질이 들어 있다. ➋ 옥피: 화약과 도화선을 감싸는 용기. 종이 등 잘 터지는 재질로 만든다. ➌ 할약: 옥피와 스타를 터뜨릴 재료. 황, 숯, 질산칼륨을 섞은 흑색화약을 주로 쓴다. ➍ 추진제: 옥피가 위로 솟아 올라가도록 하는 재료. 흑색화약을 주로 쓴다. ➎ 도화선: 연화가 터지는 시점을 맞춘다.

폭죽이 터지는 과정

➊ 폭죽이 발사된 후, 불이 도화선을 따라 안쪽으로 들어간다.

➋ 내부의 할약과 만난 불이 공중에서 폭발을 일으킨다.

➌ 할약이 폭발하며 스타를 퍼뜨린다. 스타는 미리 배치한 대로 퍼져 나가 하늘에서 불꽃의 모양을 만든다.

d라이브러리

한국정보과학회, 88정기총회 및 하계초청세미나 개최