'손이 꽁꽁꽁! 발이 꽁꽁꽁! 겨울바람 때문에 꽁꽁꽁' 겨울이 되면 많이 생각나는 노래이기도 하면서 공감되는 노래입니다. 벌써 찬바람이 부는 계절인 겨울이 절정에 다다르고 있습니다. 올겨울도 따뜻하게 보내기 위해 만만의 대책을 세워야 할 텐데요. 여러분들은 어떤 대책을 세우고 계신가요? 두꺼운 방한복을 구입하셨나요? 아니면 장갑에 목도리 그리고 내복을 겹겹이 껴입으셨나요? 이런 여러 가지 겨울용 아이템 중 하나가 바로 손난로입니다.
밖에 나가면 손을 얼어버릴 듯한 추위에 손난로 하나 주머니에 넣고 손으로 만지작거리고 있으면, 이보다 따뜻한 건 없을 것처럼 느껴지는데요. 저도 지난겨울에 많은 양의 핫팩을 구매하여 겨울 내내 따뜻한 핫팩과 함께 보냈답니다. 따뜻해서 자꾸 만지게 되는 핫팩! 만지면 만질수록 핫팩이 따뜻해지는 원리가 궁금해지지 않으셨나요? 오늘은 저와 함께 손난로의 원리를 알아보려고 합니다. 어떻게 핫팩이 우리 몸을 따뜻하게 해줄 수 있는지 그 비밀에 대하여 알아볼까요?
▲ 다양한 종류의 핫팩
가루형 핫팩은 흔들거나 주무르게 되면 따뜻해지는데요. 이러한 원리는 바로 철의 산화 반응 때문입니다. 철은 시간이 지나면 녹이 슬게 됩니다. 철이 산소와 결합하여 산화철인 녹을 만들기 때문입니다. 이러한 산화반응이 일어날 때 열이 발생되는데요. 이러한 원리를 이용한 것이 바로 가루형 핫팩입니다.
가루형 핫팩 안에는 철가루, 활성탄, 소금, 톱밥, 질석, 소량의 물이 들어있습니다. 소금과 활성탄은 철가루가 산화되는 속도를 빠르게 해주는 촉매제입니다. 질석과 톱밥은 단열재 역할을 합니다. 일반적으로 철의 산화 반응은 매우 천천히 일어나기 때문에 발생하는 열을 잘 느끼지 못합니다. 하지만 촉매 역할을 하는 활성탄과 소금을 섞어주면 철가루는 빠르게 산화 반응을 일으켜 열을 발생시킵니다. 그렇기 때문에 몇 분 안에 30도에서 70도까지 온도가 올라가게 됩니다.
▲ 철의 산화 반응식(출처: http://study.zum.com/book/14627)
철의 산화: Fe → Fe2++2e-
Fe2+ → Fe3++e-
산소의 환원: O2+2H2O+4e- → 4OH-
붉은색 녹 생성: 2Fe3++6OH- → Fe2O3∙3H2O(녹)
가루형 핫팩의 겉포장지는 비닐로 되어 있고 겉포장지를 뜯으면 부직포로 되어 있는 핫팩을 볼 수 있습니다. 핫팩을 잘 흔들면 안에 있는 철가루들이 촉매제와 단열재와 고르게 섞이면서 부직포의 구멍을 통해서 산소와 만나게 됩니다. 이러한 가루형 핫팩은 산화 반응이 일어난 후에는 다시 되돌아갈 수 없기 때문에 재활용을 할 수 없는 일회용 핫팩입니다. 하지만 산화 반응은 오랜 시간 지속되기 때문에 지속시간은 짧으면 8시간 길면 12시간까지 가는 제품들도 있습니다.
▲ 똑딱이 핫팩
똑딱이 손난로의 경우 요즘은 거의 찾아보기 힘든 제품입니다. 가루형 핫팩은 많은데 똑딱이 손난로는 별로 없더군요. 어렸을 때는 많이 사용했는데... 추억이 새록새록 떠오르네요. 똑딱이 손난로의 장점은 딱딱하게 굳은 손난로를 뜨거운 물에 넣게 되면 다시 원래 상태로 돌아와 다시 사용할 수 있다는 점입니다!! 원리는 액체에서 고체로 바뀌는 과정에서 발생하는 열을 이용한 것입니다. 이때 이 투명한 액체는 바로 아세트산나트륨 과포화용액입니다.
과포화 용액이란 용액이 어떤 온도에서 녹을 수 있는 양 이상으로 물질을 함유하고 있어 물질이 완전히 녹아 있지 않은 용액을 말합니다. 이러한 용액은 매우 불안정한 상태인데요. 과포화 상태의 용액은 작은 충격에도 쉽게 과포화 상태가 깨지면서 고체로 변하게 됩니다. 이때, 액체에서 고체로 바뀌는 과정에서 에너지가 방출되면서 열이 발생하게 됩니다. 그래서 똑딱이 손난로에 들어있는 버튼을 똑딱 누르게 되면 하얗게 굳으면서 열이 발생하게 됩니다.
똑딱이 손난로는 다시 재사용이 가능하다고 말씀드렸는데요. 모든 열을 방출하고 고체가 된 아세트산나트륨을 뜨거운 물에 넣고 가열하면 다시 과포화 용액으로 바뀌게 되면서 처음처럼 투명한 액체로 변하게 됩니다.
1. 가정용 방한용품
뽁뽁이는 에어캡을 말하는데요. 흔히 물건을 배송할 때 제품의 손상을 막기 위해서 포장용으로 사용합니다. 이런 뽁뽁이를 창문에 붙여놓게 되면 단열효과로 집안의 공기를 훈훈하게 하여 실내온도를 많이 올리지 않아도 따뜻하게 보낼 수 있답니다. 비슷한 원리로 두꺼운 겨울용 커튼이 있습니다. 커튼을 설치할 경우 창문 틈으로 들어오는 바람과 집안의 따뜻한 공기가 밖으로 나가는 것을 막아주어 집안의 공기를 훈훈하게 유지할 수 있도록 해줍니다.
2. 개인 방한용품
집에서 반팔, 반바지만 입고 춥다고 실내온도만 높여서 난방비 걱정하지 마시고, 수면 바지, 수면 양말, 실내화를 신어보는 건 어떨까요? 옷만 갈아입어도 난방비를 많이 줄일 수 있습니다. 마찬가지로 외출할 때는 목도리, 귀마개, 털모자, 장갑을 끼고 나가는 게 좋겠죠! 모자를 쓰게 되면 체온을 높여주는 효과가 있기 때문에 외출 시 따뜻한 털모자를 쓰는 것도 따뜻한 겨울을 보낼 수 있는 방법입니다. 또한, 목도리나 귀마개, 장갑도 추위를 이겨내는 방법이겠죠? 요즘에는 예쁜 패션 모자들이 많으니깐 겨울이 다가오기 전에 하나 구입하는 것은 어떠신가요?
올겨울을 따뜻하게 보내게 해줄 핫팩 속에 숨겨진 화학 원리 다들 이해하셨나요? 모르고 사용할 때는 어렵게만 느껴지고 왠지 다른 세상에서 온 것 같은 느낌이 들지요. 하지만 그 원리를 알고 나면 재미있고 그 제품이 왠지 더 친숙해지는 것 같아요. 이렇게 생활 속 많은 부분에 화학이 자리 잡고 있다는 것을 기억했으면 좋겠어요. 그리고 점점 추워지고 있는 겨울 날씨에 실내에서 무조건 보일러만 틀지 마시고, 앞에서 알려드린 다양한 방한용품들을 적절하게 잘 활용해서 난방비도 줄이고 따뜻한 겨울을 보냈으면 좋겠습니다. 아 참 그리고 핫팩은 장시간 몸에 붙이고 있으면 저온 화상을 입을 수 있으니 조심해서 사용하시기 바랍니다. 올겨울은 좀 더 현명한 방법으로 따뜻한 겨울을 보내시길 바랄게요!
