평상시에는 하늘을 올려다보지 않던 사람도 펑펑 소리와 함께 밤하늘을 형형색색으로 물들이는 불꽃놀이를 보면 넋을 놓게 된다.

불꽃놀이에는 어떤 과학적 원리가 숨어 있을까. 불꽃놀이의 요소는 색과 모양의 2가지로 볼 수 있는데, 그중에서도 단연 눈에 띄는 것은 아름다운 색이다. 불꽃의 색은 연소와 불꽃반응이라는 2가지 현상을 결합해 만들어낸다.

연소는 일반적으로 물질이 산소와 결합하면서 빛, 열 등을 내며 타는 현상을 말한다. 그리고 원소 중에는 연소하면서 특유의 불꽃색을 나타내는 것들이 있는데, 이것을 불꽃반응이라고 한다.

본래 불꽃반응은 정성분석, 즉 물질의 성질이나 원소의 종류를 확인하는 데 쓴다. 이를테면 불꽃반응의 색이 백색이면 연소되는 물질 속에 알루미늄이 들어 있다는 것을 알 수 있고, 노란색이면 나트륨, 청록색이면 구리, 빨강이면 스트론튬의 존재를 알 수 있다. 불꽃놀이는 이같은 현상을 실용적으로 활용하는 대표적 사례다.

불꽃놀이의 기본 형태는 포에 화약을 채워놓고 이 화약에 불을 붙여 그 폭발력으로 화공품을 공중에 쏘아 올리는 것이다. 이 화공품을 연화라고 한다. 연화는 종이를 몇 장씩 겹쳐 바른 공 모양의 옥피, 즉 껍질 속에 할약이라는 이름의 화약과 성을 채워 넣은 구조다.

별이라고도 하는 성은 한가운데 핵 역할을 하는 무명씨 등을 넣고 발연제, 색화제 등의 여러 화학제가 혼합된 화약을 입혀서 만든다. 이 성의 성분에 따라 불꽃의 모양과 색이 결정된다.

성은 할약과 옥피 사이에 넣는다. 공중에 올라가 원하는 시간에 원하는 높이에서 연소하기 위해서는 할약에 불을 붙일 도화선도 있어야 한다. 이 도화선까지 합친 것을 할물이라고 부른다. 이제 포 바닥에 발사용 화약, 즉 추진제를 넣고 그 위에 할물을 놓은 다음 점화하면 발사용 화약과 할물의 도화선에 동시에 불이 붙는다.

<파풀러사이언스>