2013. 6. 11. 07:38ㆍ과학 이야기
# 오빠 사랑해요~♥ 야광봉을 쉐이키쉐이키!~~~
“꺄악 오빠~”
멋진 가수들의 공연이 시작되면 화려한 조명과 멋진 퍼포먼스가 연출되면서 콘서트장의 열기가 후끈 달아오릅니다. 이런 열기에 보답을 하듯 공연장을 찾은 팬들은 저마다 가지고 응원도구로 가수의 열정적인 공연에 보답을 하는데요, 야광봉은 이런 응원도구 중 하나입니다.
팔찌로도 할 수 있고, 손으로 들고 사용할 수도 있는 야광봉은 그 밝기도 상당히 밝아서 응원도구뿐만 아니라 비상시 조명으로도 사용되기도 하는데요
이런 야광봉은 어떻게 이런 빛을 낼까요?
야광봉이 빛을 내는 원리는 반딧불이가 빛을 내는 생물발광을 연구하다가 실생활에 적용한 예입니다.
야광봉 내에는 다이페닐옥살레이트라는 형광물질과 과산화수소가 들어있는데요, 내부에서 이 두 물질이 만나면 이산화탄소가 발생되고 이 과정에서 생성된 에너지로 형광물질이 빛을 내게 됩니다. 그래서 야광봉을 사용하기 전에 ‘똑딱’ 소리가 나도록 꺾어서 두 물질이 만나도록 해주는 거랍니다.
이렇게 콘서트장의 열기 속, 사용되는 형광물질은 이외에도 다양한 곳에 사용되고 있는데요, 오늘은 이러한 형광물질에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
# 오늘은 무슨 색을 입을까?
아침에 집을 나서기 전에 가장 고민되는 것은 어떤 색깔을 옷을 맞춰서 입어야 할지 입니다. 빨간색도 있고, 노란색도 있고, 초록색도 있고 이외에도 다양한 색상의 옷들이 있어서 더욱더 고민이 되는데요, 문득 드는 생각이 우리는 이런 색들을 어떻게 볼 수 있는 것일까요?
모든 물질이 자신의 고유한 색을 가지고 있는 것은 그 물질을 이루고 있는 분자들의 특성 때문인데요, 분자들은 빛을 흡수하거나 통과 시키기도 합니다. 특히 우리가 눈으로 볼 수 있는 빛인 가시광선에 경우 빨간색과 초록색, 그리고 파란색으로 빛의 삼원색이라고 하는 세 부분으로 나누어볼 수 있는데요, 만약 특정 분자가 초록색의 빛을 흡수하면 나머지 빨간색과 파란색 빛은 반사되어 나오기 때문에 이 둘의 혼합색인 자홍색을 보게 되는 것입니다. 마찬가지 방법으로 파란색을 흡수하면 노란색을, 빨간색을 흡수하면 청록색을 보게 됩니다. 그런데 우리가 보는 색과 흡수하는 색을 섞으면 흰색이 되는 보색관계에 있다고 해서 일반적으로 과학에서는 ‘우리가 보는 색은 보색이다’라고 표현합니다.
그러면 이렇게 나온 빛은 우리 눈에서는 어떻게 인식할 수 있는 것일까요?
눈 속에는 빛을 보기 위해 다양한 구조들이 모여 있지만, 그 중에서도 가장 중요한 것은 빛을 신호로 바꿔주는 로돕신이라는 물질입니다. 이 물질은 빛을 흡수하면 분자의 모양이 변하게 되는데요, 이것을 화학적인 신호로 인지하여 뇌로 전달하게 되고 우리는 이 과정을 통해서 색을 보게 되는 것이랍니다.
# 밤에도 보이는 형광색!! 빛이난다! 빛이나!
그렇다면 일반적인 색과 형광색의 차이는 무엇일까요?
형광물질이 색을 내는 원리는 일반적인 물질이 색을 내는 것과는 다릅니다. 형광물질을 이루는 형광분자는 특정한 양의 에너지를 흡수할 수 있는데요, 화학에너지, 전기에너지, 빛 에너지 등 종류의 상관없이 흡수할 수 있습니다. 이렇게 에너지를 흡수하면 형광분자는 힘이 넘쳐나기 때문에 가만히 있기 힘들어 하고, 이 때문에 분자 내부에 존재하는 전자에게 에너지를 주고 멀리 떨어져 있게 합니다. 이렇게 분자의 전자 멀리 떨어진 상태를 영어로는 Excited state, 들뜬 상태라고 합니다.
에너지를 가져간 전자는 다시 원래 자리로 돌아가고 싶어해 에너지를 외부로 버리고 다시 원래 자리로 돌아갑니다. 이때 버려진 에너지 대부분이 빛 에너지가 되는데요, 이 빛이 바로 형광 분자의 색입니다. 형광분자가 외부 빛을 흡수해서 노란색의 빛을 내면 노란 형광빛을 내는 분자이고, 초록색의 빛을 내면 초록 형광빛을 내는 분자입니다. 따라서 일반적인 색은 반사된 빛을 보지만 형광색은 물질에서 나오는 빛을 보는 것이랍니다.
야광 스티커는 이러한 형광물질을 이용하여 만들어져 아이들의 방 천장에 붙여 놓고 불을 끄면 빛이 나는 것을 볼 수 있습니다. 그러나 만약 이 스티커가 외부에서 오는 빛 에너지를 충분히 흡수 하지 못했다면 다시 빛을 낼 수 있는 에너지가 없어서 야광 형광빛을 볼 수가 없답니다.
# 형광물질 어디에 숨어있니?
형광물질은 야광스티커에서만 찾을 수 있는 것이 아니랍니다. 가장 손쉽게 찾을 수 있는 곳이 바로 형광등입니다. 형광등 내부, 유리표면에는 형광물질이 칠해져 있는데요, 전원을 연결해서 전기를 공급하면 등 내부에 있는 수은이 자외선 빛을 내게 됩니다. 이 자외선 빛은 형광물질이 흡수하게 되고 흡수한 빛을 이용해 형광물질이 가시광선 빛으로 내는 원리로 형광등은 빛을 내는 것입니다.
지폐에도 형광물질이 사용되고 있는데요, 일반적인 태양광을 비추면 보기가 힘들지만 자외선램프를 이용해 지폐에 비추면 형광물질이 발라져 있어서 형광빛을 볼 수 있습니다. 이를 이용해서 위조 지폐를 감별하는 것이랍니다.
또 다른 사용처는 생물체내에 특정 세포나 물질을 찾는 곳에 사용되고 있습니다. 형광물질을 찾고자 하는 세포나 물질에 결합시켜서 세포가 생물체내에 어느 곳에 위치하는지 확인하거나 또는 물질들이 어떤 장기에서 작용하는지 찾는데 도움을 주고 있습니다.
# 태양전지의 뗄레야 뗄수 없는 절친! 형광물질!!
그리고 최근에 많은 관심을 받고 있는 태양전지에서도 형광물질이 사용되고 있답니다. 한화케미칼에서 개발을 하고 있는 태양전지 내에는 빛을 흡수하여 전자를 내놓는 물질이 필요한데요, 실리콘 태양전지에서는 실리콘이 그 역할을 하고 있지만, 염료 감응형 태양전지와 유기 태양전지에서는 형광물질들이 그 역할을 하고 있습니다. 유기 태양전지에서는 형광물질이 얼마나 빛을 잘 흡수하고 전자를 잘 내놓는 지가 중요하기 때문에 효율이 좋은 형광물질을 만들기 위해서 밤낮으로 연구하고 있습니다.
형광물질! 어때요? 생활 곳곳에 숨어서 아이들에게는 재미있는 별자리 이야기를 들려주고, 조명이 되어주기도 하며 심지어 우리생활에 필요한 전기를 생산할 수도 있는 좋은 친구라고 할 수 있겠죠?
* 참고문헌
Quantitative chemical analysis, Daniel C. Harris, FREEMAN
Biochemistry, J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer
염료감응 태양전지, 박남규
국어 사전사전 본문
주요뜻
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