내 손안에 작은 난로, 화학으로 겨울나기

추운 겨울날 장시간 야외활동을 하다 보면 가장 추워지는 곳은 다름 아닌 손이죠~ 이때 요긴하게 쓰이는 것이 있으니, 바로, 겨울의 Must have item, 손난로! 작지만 큰 위력을 발휘하는 손난로를 보며 ‘대체 어떻게 뜨거워지는 걸까?’ 하고 궁금해한 적이 한 번쯤은 있으셨을 거예요. 오늘 그 궁금증을 풀어드릴게요.

누르는 순간 반응한다, 똑딱이형 손난로 !

똑딱이형 손난로는 투명한 겔 상태의 액체 안에 있는 금속판을 구부려주면, ‘딱!’ 하는 소리와 함께 투명한 액체 상태의 겔이 흰색의 고체상태로 점차 굳어지게 되죠. 바로 이때 액체가 고체로 변하는 상태변화반응이 발열반응이기 때문에 열이 발생하는 것이랍니다. 손난로 안에 있는 투명한 액체 상태 겔의 정체는 아세트산나트륨 (NaCH3CO2) 과포화용액입니다.

과포화 용액이란 말 그대로 과하게 녹아있다는 거예요. 어떤 액체에 녹을 수 있는 양보다 더 많은 양의 용질이 액체에 녹아있는 상태기 때문에 굉장히 불안정한 상태입니다. 발 디딜 틈이 없는 엘리베이터를 연상하시면 무슨 느낌인지 확 와 닿을 거예요! 따라서 불안정한 과포화 상태의 용액은 작은 충격에도 쉽게 과포화 상태를 깨트려서 액체에서 고체로 변하게 되는 발열반응이 진행되는 거랍니다~ 이 반응은 발열반응이기 때문에, 반대로 열을 가해주는 흡열반응을 시키면 손난로가 고체상태에서 액체상태로 상태변화가 일어나서 재사용이 가능해진답니다.

흔드느라 더워진다는(?!) 부직포형 손난로 !

액체로 이루어진 똑딱이형 손난로와 달리 부직포형 손난로는 부직포 안에 고체가루를 담고 있는데요, 이 가루의 정체는 과연 무엇일까요? 바로, 바로, 바로 철가루랍니다~ 이 철가루가 부직포의 틈을 통해 공기 중 산소와 만나게 되면 산화철로 바뀌는 산화 반응으로 인해 열이 발생하게 돼요. 이 산화 반응은 반응물인 철과 산소의 에너지 합이 생성물인 산화철의 에너지보다 더 큰 발열반응이기 때문에 열이 발생한답니다. 쉽게 말하면 철이 녹스는 과정이라 할 수 있어요. 하지만 철이 녹슨 부위를 만지면 전혀 뜨겁지 않죠? 녹스는 과정은 매우 천천히 일어나기 때문에 평소에는 열이 생기는 걸 느끼기 어려운 거랍니다.

그런데 이러한 과정을 빠르게 만든다면?!?! 열을 느낄 수 있겠죠 ~ 이러한 원리를 이용해서 만든 것이 부직포형 손난로랍니다. 손난로에는 커다란 철이 아닌 아주 작은 크기의 고운 철가루가 들어있는데요, 각설탕보다 설탕 가루가 물과 빨리 반응하듯이, 철도 가루 상태일 때 산소와 더 빨리 반응합니다. 또한, 부직포 안에는 철가루 뿐만이 아니라 소량의 탄소가루와 소금, 물이 들어있어서 철의 산화 반응을 촉진합니다. 또, 손난로를 흔들면 내용물들이 잘 섞이고, 철가루와 산소의 접촉기회를 더 높여서 급속한 산화 반응이 가능해지는 거죠~ 철가루가 모두 산화철로 바뀌어 산화 반응이 완료되면 다시 사용할 수 없기 때문에 반복사용이 가능한 똑딱이형 손난로와 달리 부직포형 손난로는 일회용입니다. 하지만 산화 과정은 오랜 시간 동안 이루어지기 때문에 지속시간이 굉장히 길어요~

남들보다 더 뜨거워지고 싶다면, 기름식 손난로 !

마지막으로 기름식 손난로에 대해 소개해 드릴 텐데요~ 기름식 손난로는 위에 두 가지 손난로보다는 덜 대중화되어서 처음 들어보시는 분들이 많으실 거예요. 기름식 손난로는 이름 그대로 지포 라이터의 기름을 채워서 사용하는 손난로입니다. 백금을 촉매로 사용해서 불을 붙여서 사용하는 것으로, 이 백금 촉매 덕분에 반응이 더 빠르게 일어날 수 있습니다. 이 기름식 손난로는 발열 온도가 높고 발열 지속 시간이 매우 길기 때문에 온종일 따뜻하게 사용할 수 있습니다. 그러나 기름을 연료로 사용하기 때문에 기름 냄새가 나고, 기름을 자주 넣어 주어야 한다는 불편함과 온도 조절을 자유롭게 할 수 없다는 단점을 갖고 있습니다. 이 밖에도, USB 충전형 손난로, 전자레인지로 데워 쓰는 인형 손난로 등 다양한 형태의 손난로들이 있는데요, 각자의 편의나 기호에 따라 선택하여 사용하면 되겠죠~

지금까지 다양한 종류의 손난로들의 원리에 대해 알아보았는데요, 손난로를 사용할 때 유의해야 할 점은 바로 화상입니다. ‘얼마나 뜨겁다고 화상까지?? ‘ 라고 생각하고 계신 분들도 많겠지만, 실제로 손난로 사용으로 인한 저온화상으로 병원을 가는 경우가 많다고 합니다. 특히, 춥다고 손난로를 맨살 위에 올려놓고 잠들게 되면 화상의 위험이 굉장히 큽니다. 추위를 피하려다 병원을 가는 일이 있어서는 안 되겠죠! 안전에 유의하며, 올겨울은 화학으로 겨울을 따뜻하게 보내세요~