“소녀시대, 파이팅!” 콘서트용 형광봉 만들기

침대에 누운 지영은 풀이 잔뜩 죽었다. 소녀시대 콘서트에서 응원하기 위해 산 형광봉과 형광팔찌의 빛이 점점 줄어들고 있기 때문이다. 어두운 방에 걸어놓고 콘서트에서의 기분을 다시 느껴보고 싶었는데…. 게다가 엄마는 빛이 꺼진 형광봉과 팔찌를 버릴 기색이다.

“엄마, 버리지 마세요.”
“이제는 빛도 안 나는데 뭐 하러 문고리에 걸어 두니?”
“아주 어두운 데서 보면 조금은 빛나요.”
“호호호~. 지영이가 형광 장난감이 맘에 들었나보구나. 이런 장난감은 집에서도 만들 수 있으니 오늘은 그만 자렴. 내일 엄마랑 같이 만들어보자.”

다음날.

부엌에 서 있는 엄마는 풀이 잔뜩 죽었다. 인터넷에서 탄산음료와 베이킹소다(탄산수소나트륨), 과산화수소를 섞으면 어두운 곳에서 빛이 나는 형광 물질이 만들어진다는 내용을 봤는데… 아무런 반응이 없다. 이래서는 형광봉과 팔찌를 만들 수 없다.

‘지영이가 올 시간이 다 됐는데 아무래도 대형문구점에서 형광물질을 사와야겠다.’

대형문구점에 다녀오자 이미 지영이 와 있다. 벌써 두 눈에는 기대가 가득 담겼다. 아무래도 바로 형광봉을 만들어야겠다.

“엄마, 이게 형광봉 만들 재료에요? 이 녹색 액체가 형광물질인 것 같고…. 얇은 유리관이랑 고무튜브, 주사기랑 양초도 있네? 이게 다 필요해요?”
“그리고 아까 사둔 과산화수소도 있단다!”

엄마와 지영은 낑낑대며 형광 용액이 든 유리관과 과산화수소를 고무관에 담아 형광봉을 만들었다. 그날 저녁. 어두워지기만을 기다리던 지영은 밖이 깜깜해지자 불을 끄고 고무관을 구부려 유리관을 깨뜨렸다. 그러자 고무관 형광봉이 밝게 빛나기 시작했다.

“우와! 정말 빛이 나요! 도대체 원리가 뭐예요?”
“이 형광 물질에는 ‘디페닐옥살레이트’라는 물질이 들어있단다. 유리관을 깨뜨리면 이 물질이 촉매제인 과산화수소와 반응하게 돼. 이때 이 물질의 분자 구조가 깨지면서 은은한 빛을 내는 거란다.”
“야광하곤 다른 건가요?”
“야광 물질은 빛이 있을 때, 그러니까 낮에는 빛을 흡수했다가 어두워지면 방출하는 물질이란다. 형광 물질하곤 다르지.”

형광 빛에 비친 지영의 미소에 엄마의 입가에도 미소가 번졌다. 지영은 형광봉을 방 곳곳에 두고 잠자리에 들었지만 지영이 미처 잠들기도 전에 빛은 점점 약해져갔다. 지영은 ‘밤마다 은은하게 아침까지 빛나는 형광봉이 있었으면 좋겠다’고 생각했다.

때마침 엄마가 들어왔다. 이불을 잘 덮어주고 나가려던 엄마는 지영의 질문에 멈칫 했다.

“엄마, 밤새도록 빛나는 형광봉은 없어요?”

다시 형광봉을 만들어야 하나? 하지만 반영구적으로 빛나는 형광봉이라면 ‘다행히’ 집에서 만들 수는 없었다. 방사성 동위원소를 사용해야 하기 때문이다. 엄마는 침대 한 켠에 앉았다.

“지영이가 밤새 빛나는 형광봉을 갖고 싶구나?”
“네.”
“그런데 어쩌지? 오랫동안 빛을 내는 형광봉을 만들려면 원자력 발전소나 원자로에서 생성되는 방사성 동위원소를 사용해야 한단다. 방사성 동위원소는 천천히 붕괴되며 방사선의 일종인 ‘베타선’을 방출해. 이 베타선이 형광물질을 자극해 빛을 내도록 만들면 우리가 만든 것보다 훨씬 오래 빛을 발하는 형광봉을 만들 수 있지.”

“얼마나 오래요?”
“방사성 동위원소가 완전히 붕괴되는 기간에 따라 다르지만 공항 활주로의 유도등이나 건물의 비상구에 설치되는 형광체(자발광체)는 13년 정도 빛을 낸다고 하더구나. 하지만 방사성 동위원소는 쉽게 구할 수 있는 물질이 아니니 엄마도 어쩔 수가 없는데 어쩌지?.”

“네. 전 그냥 잠잘 때 방이 너무 어둡지 않게 은은한 빛을 내는 등이 있었으면 좋겠다고 생각했을 뿐이에요. 그냥 형광봉을 여러 개 만들어서 잠들기 전에 빛을 내도록 해야겠어요.”
“…그럼 형광봉 말고 은은한 빛을 내는 등이나 스탠드를 달아줄까?”
“네~. 좋아요~.”

[실험방법]
준비물 : 형광용액, 과산화수소, 얇은 유리관, 고무튜브, 주사기 2개, 양초, 구슬.
(형광용액과 유리관은 인터넷 쇼핑몰이나 대형문구점에서, 과산화수소는 약국에서 구할 수 있습니다. 다만 약국의 과산화수소는 물에 넣어 희석시켰기 때문에 물과 잘 섞이지 않는 형광물질과 반응을 잘 일어나지 않습니다. 에테르에 희석시킨 유성 과산화수소를 사용하면 환하게 빛나는 형광봉을 만들 수 있습니다.)

[실험순서]
1. 유리관의 한쪽을 촛농으로 막는다.
2. 형광용액을 주사기를 이용해 유리관에 넣는다.
3. 뚫린 유리관 입구를 촛농으로 막는다.
4. 고무튜브 한쪽 끝을 구슬을 이용해 막는다.
5. 다른 주사기를 이용해 과산화수소를 고무튜브에 넣는다.
6. 유리관을 고무튜브에 넣고 구슬로 입구를 막는다.
7. 고무튜브를 구부려 안에 있는 유리관을 깨뜨린다.

[실험 Tip]
- 형광용액을 유리관에 넣을 때 손가락으로 관을 톡톡 두드리거나 주사바늘을 관 안쪽 벽에 대고 액체를 조금씩 흘려주면 잘 들어간다. 형광용액과 과산화수소는 상처난 곳이나 눈에 닿지 않도록 주의하고, 피부에 묻었을 때는 비누를 이용해 깨끗이 닦아낸다.

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- 글 : 이영혜 과학칼럼니스트

- 출처: 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 ‘과학향기’

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