손난로 원리에 숨은 화학

손난로를 만드는데 필요한 건 바로 화학 지식!

겨울이면 손난로를 쓰는 사람들이 많습니다. 그런데 이 손난로의 원리는 바로 물질의 상태 변화와 그에 따른 주변 온도 변화를 이용한 것이라고 하네요. 『친절한 화학 교과서』를 통해 손난로에 숨은 화학의 원리, 한 번 살펴볼까요.

액체형 손난로의 금속 버튼을 누르면 손난로 안에 들어 있던 액체가 순식간에 고체가 되면서 열에너지를 방출하고 손난로는 따뜻해지지. 열을 다 방출하고 난 뒤에 차갑게 굳어 버린 손난로를 다시 쓰고 싶다면? 굳어 버린 손난로를 끓는 물에 넣어서 다시 액체 상태로 만들면 돼.

이 손난로와 비슷한 원리를 저 추운 땅에 사는 에스키모들도 실천하고 있어. 에스키모들은 날씨가 너무 추우면 이글루 안에 물을 뿌려. 그러면 물이 순식간에 얼면서 열을 방출하기 때문에 이글루 안의 온도가 조금이나마 상승하게 되지. 겨울철 과일 창고 한가운데에 물통을 넣어 두는 것도 같은 이유에서야. 물통 속의 물이 얼면서 방출한 응고열 덕에 과일이 얼지 않게 되는 거야.

여기서 잠깐! 휴대용 손난로의 비밀에 대해 조금 더 알아보자고~.

겨울에 우리들이 흔히 쓰는 액체형 손난로는 두꺼운 비닐 속에 투명한 겔 상태의 용액과 금속 단추가 들어 있어. 겔 상태의 물질은 티오황산나트륨(Na2S2O3) 또는 아세트산나트륨(CH3CO2Na)의 과포화 용액이야. 과포화 용액이란 어떤 온도에서 최대한 녹을 수 있는 양보다 더 많은 양의 용질이 녹아 있는 용액이야. 과포화 용액은 만들기도 어렵지만, 간신히 만들어 놔도 살짝 건드리기만 하면 순식간에 결정화가 돼 버려.

손난로를 펄펄 끓는 물에 넣어서 충분한 열에너지를 흡수시키면 포화 상태일 때보다도 많은 양의 용질을 녹일 수 있게 돼. 과포화 용액이 되는 거지. 이걸 조심스럽게, 천천히 식히면 돼. 손난로에 쓰이는 용액들은 과포화 상태가 비교적 안정해서 큰 충격만 주지 않으면 용액 상태를 그럭저럭 유지하거든.

이렇게 만들어진 손난로를 갖고 다니다가 춥다 싶으면 금속 단추를 누르는 거야. 그러면 금속이‘딸깍’하고 구부러지면서 발생한 열에너지가 주변의 과포화 용액에 전달되어 불안정했던 상태가 깨지게 되고, 순식간에 비닐주머니 안의 용액 전체가 액체에서 고체로 결정화되면서 뜨끈뜨끈한 응고열이 방출돼.

용액이 모두 결정화되고 나면 손난로는 차갑게 굳어 버리지. 하지만 버리지는 마. 뜨거운 물에 봉지를 넣고 열을 가하면 결정이 녹아서 다시 과포화 상태의 용액이 되니까. 재활용!!!

유수진, 『친절한 화학 교과서 : 괴짜 엄마가 들려주는 흥미진진 화학 세계』 중 발췌

 

 

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친절한 화학 교과서

저자

유수진 지음

출판사

부키 | 2013-11-25 출간

카테고리

과학

책소개

화학책을 펴면 +, -, 각종 기호들과 숫자, 수식이 페이지 가...

글쓴이 평점  

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