An Empirical Study of Color Perception in Metal Element Flame Experiment Depending on the Intensity of Emission Spectrum

금속 원소의 불꽃 반응 실험에서 스펙트럼 세기에 따른 색상 인지에 관한 실증적 고찰

The flame test experiment of metal elements have been used traditionally in chemistry education. It has advantages of stimulating students' interest and having simple experimental procedure. However, there was a problem of reproducibility, such as that the flame color was perceived differently by observers for the same element at school, and some previous discussions were conducted to search for the cause. In this study, we tried to understand the phenomenon based on the fundamental principles related to the experiment rather than discussing the problems in the experimental method or the field performance. With a case study of the flame test of Na element, the principle of emission spectrum of substances, human color perception process, and color classification system were systematically examined. Consequently, it is confirmed that the color of flame perceived by human observers varies depending on the intensity of emission spectrum and the intensity of light sensed by human visual cells. The result of this study reaffirmed the implications of visual observation, and would be utilized in educational context of experiment & observation sessions in school.

금속 원소의 불꽃 반응 실험은 화학교육에서 전통적으로 활용되어 온 실험 중 하나로서, 학생들의 흥미를 끌 수 있고 실험 절차가 복잡하지 않은 등의 장점을 지니고 있다. 하지만 학교 현장에서는 동일한 원소에 대하여 불꽃색이 다르게 인지되는 결과가 종종 발생하는 등 재현성의 문제가 제기되었고, 그 원인을 탐색하는 논의들이 이루어져 왔다. 본 연구에서는 실험 방법이나 현장에서의 수행에 문제를 제기하기보다는 불꽃색 관찰과 관계된 색의 인지 원리에 입각하여 이 문제를 고찰하고자 하였다. 구체적으로 Na 원소의 불꽃색 관찰 실험을 사례로 하여, 물질의 빛 방출 과정, 인간의 색상 인지 과정, 색상 분류 체계를 통합적으로 고찰함으로써 방출 스펙트럼의 세기와 인간의 시세포에서 감지하는 정도에 따라 인간이 인지하는 불꽃 반응색이 달라질 수 있음을 실증적으로 확인할 수 있었다. 이 연구를 통해 시각을 이용한 측정이 가지는 의미를 재확인할 수 있었고, 이 결과는 학교 현장에서 시각을 이용한 실험 관찰에서 결과를 해석할 때 교육적으로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.