여러분 안녕하세요~

케미 러브 서포터즈 2기의 김정은입니다!

11월의 첫 번째 게시글 주제는 바로 

'추운 겨울 손 난로의 종류와 화학적 원리'입니다.

그럼 지금부터 케미 러브 서포터즈가 전해주는 

따뜻한 화학 이야기를 시작해 보도록 하겠습니다.

게시글을 잘 읽고 앞으로 손 난로를 사용할 때마다 

어떤 화학 원리가 숨어있는지 생각해 보면 좋을 것 같습니다.

추운 겨울 우리 일상 속의 

필수품인 손 난로, 시중에 파는 

손 난로들은 정말 다양한 종류가 있는데요, 

오늘은 주변에서 가장 쉽게 구할 수 있는 대표적인 손 난로 두 가지의

화학 원리에 대해 설명하도록 하겠습니다.

-똑딱이 액체 손 난로-

여러분도 문구점에서 팔던 똑딱이 액체 손 난로를 사용해 본 적 있나요? 

손 난로 안에 있는 금속 칩을 똑딱하고 한번 꺾어주면 금방 

투명한 액체가 하얀 고체로 변하면서 따뜻해지는데요, 

사용 후에 끓는 물에 넣어주면 다시 사용할 수 있는 특징이 있는 

이 손 난로의 원리를 설명해드리겠습니다!

똑딱이 액체 손 난로 속의 투명한 액체의 정체는 바로

 '아세트산 나트륨 (NaCH3CO2)' 과포화 용액입니다.

 과포화 용액이란 

일정한 온도에서 용질이 용해도 이상으로 녹아 있는 상태의 액체를 

의미하며 민감하게 반응해 안정한 상태인 포화 용액으로 바뀌려고 합니다. 

따라서 충격을 줄 경우 용해도보다 더 

녹아있던 용질이 결정 형태로 석출되어 포화 용액​이 됩니다.

똑딱이를 꺾었을 때의 충격이 과포화용액에 영향을 주어 

용질 결정이 석출되면 생성물이 안정해지기 때문에 

발열 반응이 일어나게 됩니다.

이렇게 방출되는 열로 손 난로가 따뜻해지게 됩니다. 

반대로 열을 가해주면 (흡열반응) 손 난로가 고체 상태에서 

액체 상태로 상태변화가 일어나 다시 사용할 수 있습니다.

-흔들어 쓰는 고체 손 난로-

포장을 찢고 여러 번 핫팩을 흔들다 보면 따뜻해지는 고체형 핫팩

 역시 대중적으로 사용되는 손 난로들 중 하나입니다.

혹시, 실수로 핫팩을 사용하다가 핫팩을 터트렸던 적이 있으신가요?

이때 나오는 까만 가루의 정체에  

흔들어 쓰는 손 난로가 따뜻해지는 원리가 있는데요, 

과연 이 까만 가루는 어떤 물질일까요? 

또, 오래 사용하고 싶다면 어떤 방법을 사용해야 할까요?

손 난로에 있는 검은색 가루는 보통

 철 분말 약 50%, 고분자 물질 약 25%, 활성탄(activated charcoal) 약 20%, 

질석(vermiculite) 약 3%, 소금 약 2%로 이뤄져 있습니다. 

 흔들어 쓰는 손 난로의 원리는 

철 가루와 공기 중의 산소가 만나 산화철로 변하며 열이 발생

하는 데 있습니다. 

​

손 난로는 포장을 뜯기 전에는 밀봉되어 있어 

공기와 만나지 않아 열이 발생하지 않습니다. 

또한, 손 난로의 겉 부분은 재질이 부직포로 이루어져 있기 때문에 

공기가 잘 통할 수 있고, 손 난로를 흔들면 철 가루​와 산소가 더 잘 만나 빠른 산화 반응이 일어납니다.

이러한 반응에는 물이 필요한데요,

 물은 흡습성 고분자 물질에 담겨 있으며 주로 

폴리아크릴레이트(polyacrylate)를 사용합니다. 

열 전도성 특성을 가진 활성탄은 발생된 열을 골고루 분산시키는 역할을 

하는데요, 다공성 활성탄을 사용하면 물을 저장할 수 있어 일석이조입니다. 

또한, 질석은 열 절연 특성을 가지고 있어 열이 한꺼번에 

외부로 빠져나가는 것을 방지하여 손 난로의 열을 오래 유지합니다.

소금은 소량 들어있지만 아주 중요한 역할을 하는데요, 

소금(NaCl)이 물에 녹아 내놓는 '염소 이온(Cl-)'이 

철 분말의 부식(산화 반응)을 촉진시켜 반응 속도를 높이는 

촉매 역할을 하기 때문입니다.

 또한, 철과 같은 금속은 물과 만나게 되면 표면에 산화물이 

형성되어 부식이 진행되는 것을 막는 '부동화 막'이 생성되는데요, 

염소 이온이 부동화 막을 부숴 원활한 반응 진행을 돕습니다.

따뜻한 겨울을 안전하게 보내기 위해서는

손 난로 사용 시 저온 화상에 주의해야 합니다. 

안전에 유의하며, 올겨울은 화학으로  

따뜻하고 안전하게 보내세요!

​

오늘의 케미 러브 콘텐츠는 여기까지입니다.

끝까지 읽어주셔서 감사합니다 :)

다음번에도 흥미로운 화학 콘텐츠로 돌아오겠습니다.

지금까지 케미러브 서포터즈 2기 김정은이었습니다.