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간단한 화약을 만들어 직접 불꽃놀이를 준비해 보자. 화학물질에 따라 불꽃의 세기와 색깔이 달라진다.

8월의 무더위를 잊기 위해 산으로 바다로 피서를 많이 갑니다. 피서지에서 밤이 되면 유흥의 기분도 살릴 겸해서 불꽃놀이를 하는 경우를 종종 보게 되지요.
이번 실험은 이 불꽃놀이에 이용되는 화약의 제조과정을 이해하고 한번 만들어 보는 것입니다. 하지만 절대 주의해서 실험에 임해야 합니다. 화약은 조심해서 다루지 않으면 큰 사고를 부를 수도 있으니까요.

<;실험 1>; 흑색화약을 이용한 막대 모양의 불꽃 만들기

준비물

질산칼륨, 황가루, 탄소가루 또는 숯가루, 철가루, 막자사발 4세트, 종이 1장, 저울, 시약종이, 깃털 또는 부드러운 붓, 약수저 4개, 한지 또는 습자지, 빨대 또는 댓살, 풀

실험방법

① 질산칼륨 1.0g, 황가루 0.2g, 탄소가루 0.2g, 철가루 0.3g을 각각 저울에 달고 따로따로 막자에 갈아둔다. 같은 막자에서 이들을 갈면 폭발하므로 약품마다 막자와 막자사발, 약수저를 따로 사용해야 한다.
② 네가지 준비된 약품을 종이 위에 붓고 깃털로 조심스럽게 혼합한다. 이때 충격을 주지 않도록 한다.
③ 한지나 습자지를 길게 잘라서, 혼합한 약품을 귀이개로 두세 숟가락씩 넣은 뒤 꼬아서 막대모양 불꽃을 만든다. 이때 빨대나 댓살을 연결하여 손잡이로 사용할 수 있도록 한다.
④ 풀이 완전히 마른 후에 성냥으로 불을 붙여 불이 타 들어가는 모양을 관찰한다. 여러 개를 같이 묶어 불을 붙이면 매우 위험하다. 또 화약이 튀어 화상을 입게 될 수도 있으니 사람이 없는 쪽을 향해 불꽃놀이를 하도록 한다.
 

<;실험 2>; 전기불꽃 만들기

좀더 환하고 강렬한 빛을 내기를 원한다면 마그네슘이나 알루미늄 가루를 이용한다. 약품 비율은 질산칼륨 1.0g, 황가루 0.2g, 마그네슘 가루 0.8g, 탄소가루 0.2g 정도가 좋다. 만드는 방법은 흑색화약의 막대불꽃과 동일하다.
 

<;실험 3>; 색불꽃 만들기

여러가지 색깔을 내는 불꽃을 만들고자 한다면 불꽃반응을 나타내는 금속염을 이용한다.

가령 빨간색 불꽃의 경우, 질산칼륨 1.5g, 황가루 0.2g, 탄소가루 0.4g, 질산스트론튬 4g을 각각 갈아서 혼합해 만든다.

파란색 불꽃의 경우, 질산칼륨 1.0g, 황 0.8g, 탄산구리 0.6g, 구운 명반 0.6g을 각각 갈아서 혼합한다. 약품을 덜어낼 때 약수저 대신 뿔수저나 플라스틱을 사용해서는 안된다.

초록색 불꽃의 경우, 질산칼륨 1.5g, 황 0.6g, 질산바륨 1.5g을 혼합해 사용.
 

불꽃의 원리는 무엇일까요?

막대모양의 흑색화약 불꽃, 전기불꽃, 색불꽃 등은 모두 화약을 기본으로 하고 저마다의 목적에 따라 색을 낸다든지 빛을 더 내도록 만들어져 있습니다. 보통 흑색화약의 경우 무게 비율이 질산칼륨 75%, 황 10%, 탄소 15%인데 이 혼합물은 적은 마찰에도 격렬한 폭발을 일으키므로 약품을 만들 때 반드시 깃털이나 정해진 기구를 사용해야 합니다.

흑색화약 반응식은 다음과 같습니다.

2KN${O}_{3}$ + S + 3C → ${K}_{2}$S + ${N}_{2}$ + 3C${O}_{2}$

막대불꽃에는 철가루가 들어가는데 이것은 고온에서 황이나 질산칼륨과 같이 녹아서 표면장력에 의해 공모양이 된다고 합니다.

전기불꽃에는 마그네슘이나 알루미늄 가루를 혼합 합니다. 이것들은 산화되기 쉽기 때문에 불을 붙였을 때 많은 빛과 열이 발생하면서 산화마그네슘, 산화알루미늄으로 산화됩니다.

색불꽃은 금속 염의 불꽃반응을 이용한 것인데 스트론튬은 빨간색, 구리는 파란색, 바륨은 초록색, 나트륨은 노란색을 나타내고자 할 때 각기 화약에 첨가하면 됩니다.

화약의 제조비율은 한가지만 있는 것이 아니고 여러가지로 변화시킬 수 있으며 색깔을 내는 금속염도 다양하게 응용 될 수 있습니다.
재미있는 불꽃놀이를 통해 좀더 신나는 여름이 되기 바랍니다.