야광봉(형광봉)의 원리와 성분

야광봉의 원리와 성분

야광봉의 원리와 성분

 

야광봉은 화학발광(chemiluminescence)라는 현상을 이용해 빛을 내는 도구입니다. 야광봉을 꺽거나 물리적인 충격을 가하면 과산화수소(H₂O₂)가 채워진 내부 용기에 균열이 발생하며 디페닐옥살레이트 및 형광체가 혼합됩니다. 여기서 형광체를 제외한 나머지 물질의 종류와 색상은 거의 동일합니다. 이제 야광봉에서 일어나는 화학반응에 대해 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

 

야광봉의 화학발광 현상의 반응식

 

야광봉에서 형광색의 발광을 위해서는 여러가지 화학발광반응을 이용할 수 있지만 일반적으로 루미놀 및 옥살레이트 반응이 가장 널리 사용됩니다. 보통 CPPO 또는 TPPO라고 불리는 물질과 과산화수소의 반응을 통해 화학발광현상을 일으키는 방식을 사용합니다.

 

CPPO : bis(2,4,5-trichlorophenyl-6-carbopentoxyphenyl)oxalate

 

CPPO의 화학구조

 

TPPO : bis(2,4,6-trichlorophenyl)oxalate

 

TPPO의 화학구조

 

이 과정은 화학적 흡열반응의 일종입니다. 페닐옥살레이트 에스테르와 과산화수소가 반응하면 2개의 페놀과 1개의 과산 에스테르가 생성되고 과산 에스테르는 불안정하여 곧 이산화탄소로 분해됩니다. 이 분해과정에서 방출되는 에너지는 주위에 있는 형광체를 자극하여 들뜬 상태로 여기시킵니다. 최종적으로 이렇게 들뜬 형광체는 다시 안정한 바닥상태로 내려오면서 독특한 형광빛을 발생시키는데 이런 형광체의 종류에 따라 다양한 색상의 빛을 낼 수 있게 됩니다.

 

 

야광봉에 사용되는 형광체

 

만약 형광염료가 야광봉에 포함되어있지 않다면 어떠한 빛도 보이지 않습니다. 보통 이런 화학적 발광 반응의 에너지는 눈에 보이지 않는 자외선 영역의 빛을 방출하는 경우가 많기 때문입니다. 아래에는 대표적으로 사용되는 형광체를 방출하는 색에 따라 나열한 것입니다.

 

색에 따른 여러가지 형광체의 종류

 

붉은색의 형광체도 사용이 가능하지만 일반적으로 옥살레이트 반응을 이용한 야광봉에는 사용되지 않는 경향이 있습니다. 붉은색의 형광체는 화학적으로 불안정하여 야광봉 안에서 보관이 어려우며 전체적인 수명에 문제가 생길 수 있기 때문입니다. 

 

그 대신 적색안료를 야광봉 튜브에 넣어 붉은 빛을 냅니다. 이 안료는 노란빛을 흡수하고 그 빛을 다시 붉은 빛으로 방출하는데 보통 노란 형광색의 방출효율은 높아 매우 밝은 빛을 낼 수 있기 때문에 붉은 형광체를 이용한 것보다 약 두배가량 밝은 특성이 있습니다. 

 

야광봉을 더 오래 사용하는 법

 

사용한 야광봉을 냉장고나 냉동실에 넣으면 더 오래 빛나게 할 수 있습니다. 온도를 낮추게 되면 발광을 일으키는 화학반응의 속도가 느려지기 때문입니다. 다만 그만큼 어둡게 빛나게 됩니다. 이와 반대로 야광봉을 더 밝게 빛나게 하려면 뜨거운 물에 담그어 화학반응을 촉진시키면 됩니다. 마찬가지로 야광봉이 더 밝게 빛나겠지만 그만큼 더 짧은 시간만 빛나게 됩니다.

 

수명이 다한 야광봉은 더 이상 빛을 낼 수 없고 재충전이 불가능합니다. 하지만 이 야광봉을 블랙라이트와 같은 자외선 조명 아래에 놓아두면 다시 원래의 빛을 냅니다. 이는 야광봉의 발광을 일으키는 형광체는 자외선에 반응하는 물질인데 블랙라이트의 자외선은 형광체가 빛을 내기위한 에너지를 제공하기 때문에 일어나는 현상입니다. 다만 블랙라이트가 꺼지면 야광봉도 다시 빛을 잃습니다.