칼슘 이온과 칼슘의 불꽃반응색

Question

칼슘 이온과 칼슘의 불꽃 반응색은 둘 다 주황색인가요? 그리고 그렇다면 왜 그런가요? 이온과 원자는 전자의 개수에 차이가 있으므로 성질이 달라야하지 않나요?

Answer 1

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

만약 칼슘이온을 모아 불꽃 반응을 시킨다면, 칼슘의 불꽃 색과 다릅니다.

칼슘이온은 전자가 빠져나간 상태로 전기적으로 +를 띠고 있으며, 칼슘은 전기적 중성입니다.

칼슘의 불꽃 색이 주황색인 이유는 칼슘에 존재하는 전자 때문입니다. 칼슘에 존재하는 최외각 전자는 평상시 안정적인 에너지 상태를 가지고 있습니다. 하지만, 불을 붙여 열을 가하게 되면, 최외각 전자는 들뜬 상태(에너지가 높아진 상태)가 되며 불안정해집니다. 이 때 전자는 불안정한 상태에서 다시 안정한 상태가 되려고하는데, 안정한 상태인 에너지가 낮은 상태가 되면서 손실된 에너지 차만큼 빛을 통해 발산하게 됩니다. 이 빛이 주황 빛을 내기 때문에 불꽃색이 주황입니다.

그런데, 칼슘 이온의 경우 최외각 전자가 빠진 상태라 남아 있는 전자의 들뜬 상태는 칼슘의 최외각 전자의 들뜬 상태와 다른 상태입니다.

만약 칼슘과 칼슘이온의 들뜬 상태의 에너지 차이가 크지 않다면, 같은 주황색을 낼 수 있습니다.

또한 칼슘과 칼슘이온의 들뜬 상태의 에너지 차이가 크다면, 다른 색을 낼 수 있습니다.

정확한 에너지 차이를 몰라 정확한 답변이 어렵지만 원리는 확실합니다.

도움이 되셨길 바라며, 도움이 되셨다면 추천 부탁드립니다.

Answer 2

칼슘이온은 칼슘을 이온화 해서 만들어진 칼슘의 한 종류로 볼 수 있습니다. 질문자님이 말한 것처럼 칼슘이온은 칼슘이 전자를 잃어 생성 돼 전자의 개수는 다를지 몰라도 칼슘의 성질을 동일하게 가지고 있다고 보면 됩니다. 그러므로 칼슘의 불꽃 반응이 주황색이므로 칼슘 이온또한 주황색을 띠게 되는 것입니다.

Answer 3

금속의 불꽃 반응색은 전자들이 들뜬 상태에서 전이했다가 안정된 상태로 이동할 때,

방출되는 선 스펙트럼의 색입니다.

즉, 전자의 원자마다 에너지 준위가 달라서 생기는 현상이므로,

이온의 원자에서 전자의 개수가 달라졌다고 하더라도,

에너지 준위가 변한 것은 아니기 때문에 칼슘의 경우 모두 주황색입니다.