백자의 푸른 문늬를 내는 코발트 산화물이 구워진 뒤 선명한 파란색을 띠는 이유가 무엇인가요?

Question

백자의 푸른 문늬를 내는 코발트 산화물이 구워진 뒤 선명한 파란색을 띠는 이유를, 코발트 이온이 규산염 유리질 격자 내에서 사면체 배위 구조를 형성하며 특정 파장의 가시광선을 흡수하는 결정장 이론으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

조선백자의 푸른 문양을 내는 청화 안료는 고온의 가마 속에서 구워지면서 유약의 주성분인 규산염 유리질 격자 내부로 녹아들어 갑니다. 이 과정에서 코발트 산화물은 코발트 이온 상태로 변하여 주변의 산소 이온 4개에 둘러싸인 정사면체 배위 구조를 형성하게 됩니다.

​결정장 이론에 따르면 자유 이온 상태에서 에너지가 같았던 코발트 이온의 d오비탈은 주변 산소 이온들의 정전기적 반발력에 의해 두 가지 에너지 준위로 갈라집니다. 정사면체 구조에서는 구조적 특성상 오비탈 사이 방향으로 리간드가 접근하므로, 에너지 오비탈들의 반발력 차이에 의해 상하부 준위가 형성되며 이 사이의 간격을 사면체 결정장 갈라짐 에너지라고 부릅니다.

​이 갈라짐 에너지는 가시광선 영역 중에서 노란색과 붉은색 계열의 파장이 가진 에너지 크기와 일치합니다. 이에 따라 백색광이 유약을 통과할 때 낮은 준위에 있던 전자가 높은 준위로 전이하면서 노란색과 붉은색 파장의 빛을 집중적으로 흡수하게 됩니다. 결국 이 파장들이 유약에 흡수되어 사라지고, 흡수되지 않은 채 반사 및 투과되어 우리 눈에 도달하는 빛은 이들의 보색 관계에 있는 선명하고 깊은 파란색 파장만 남게 되므로 백자 위에 푸른빛이 나타나게 됩니다.