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백자에 푸른 무늬를 넣는 청화백자의 색은 코발트 산화물이 가마의 고온에서 유약과 융합된 뒤 코발트 이온 이 유리질 규산염 구조 안에 들어가면서 나타나는 것입니다. 백자의 유약은 주로 실리카, 알루미나, 장석 성분, 알칼리 금속 산화물 등으로 이루어져 있으며, 가마에서 약 1200~1300℃ 전후의 고온을 받으면 녹아 점성이 높은 액체 상태가 됩니다. 이때 무늬에 사용한 코발트 산화물도 분해 및 용해되어 코발트 이온 상태로 유약 내부에 분산되는데요, 이후 냉각되면 유약은 투명한 유리질 층으로 굳는데, 코발트 이온은 그 내부에 자리 잡은 채 색을 남기는 것입니다.
코발트 이온이 산소 이온 네 개에 둘러싸인 사면체 배위 조에 놓이면, 주변 산소 음이온이 만드는 전기장에 의해 코발트의 3d 오비탈 에너지 준위가 특정 방식으로 갈라집니다. 이 상태에서 가시광선이 들어오면 코발트 이온 내부의 d 전자들이 낮은 에너지 준위에서 높은 준위로 이동하기 위해 특정 파장의 빛을 흡수합니다. 특히 사면체 배위의 Co²⁺는 주로 노란색~주황색 및 적색 영역의 빛 일부를 강하게 흡수하는 경향이 있는데요, 이때 흡수되지 않고 반사 및 투과되어 우리 눈에 도달하는 빛은 그 보색 관계에 있는 푸른색 계열이 상대적으로 강하게 남게 됩니다. 결과적으로 유약 속 코발트가 매우 선명하고 깊은 청색으로 보이는 것입니다. 특히 코발트는 d-d 전이와 주변 격자와의 상호작용이 비교적 강해 색 농도가 높기 때문에 다른 전이금속 이온보다 적은 양으로도 강한 발색력을 보입니다. 따라서 청화백자에서는 극소량의 코발트만으로도 짙고 또렷한 남색 또는 청색 문양을 만들 수 있습니다. 감사합니다.