요즘처럼 쌀쌀한 날씨에 주머니에 꼭 넣고 다니는 필수품이 있다. 바로 간편하게 추위를 녹일 수 있는 ‘손난로’다. 손난로는 고체형과 액체형으로 시판되고 있다. 고체형은 일회용으로 사용되며 주머니 안쪽에 가루가 채워져 있는 형태다.
고체형 손난로에는 철(Fe)가루와 소량의 물이 들어있다. 철은 공기 중에 산소, 물과 결합하면 녹이 슬기 시작한다. 이를 ‘산화’라고 한다. 산화되기전 철보다 산화된 후의 ‘산화철’이 전체 에너지가 낮다. 에너지가 낮아지는만큼 열을 방출하게 된다.
철로 만들어진 물건들이 녹이 슬때는 그 속도가 매우 느려 열이 발생한다는 사실을 체감하기 어렵다. 반면 고체형 손난로는 철의 산화속도를 빨라 열이 나오는 것을 체감할 수 있다. 이를 제품으로 만든 것이다.
손난로의 포장을 뜯는 순간부터 철은 산소와 결합하고 이어 발열이 시작된다. 가루 형태의 철은 산소와 접촉하는 표면적이 커 산화가 빠르게 일어난다. 손난로 안에는 철이 산화하기에 필요한 소량의 물, 산화를 돕는 소금, 활성탄 등이 들어있다. 손난로를 흔들면 공기와 접촉이 더 활발해져 발열이 잘 일어난다.
주머니에는 미세한 구멍이 있다. 그 구멍이 산소를 공급하는 역할을 한다. 주머니가 철의 변화를 일부 조절해 일정시간과 일정온도까지 손난로가 지속적으로 발열할 수 있도록 한다.
액체 손난로는 안에 아세트산나트륨 과포화용액이 들어있다. 이는 높은온도에서 용질(아세트산나트륨)을 녹이고 이를 천천히 식혀 용매(과포화용액)에 녹을 수 있는 것보다 더 많이 용질이 녹아있는 상태다.
이 상태의 온도는 매우 불안정해서 작은 충격에도 쉽게 고체화된다. 액체형 손난로 안에 금속판이 충격을 주는 역할을 한다. 물이 얼면 물 안의 열이 방출되면서 고체가 고체로 변하듯 아세트산나트륨 과포화용액도 빠르게 고체가 되면서 열을 방출하게 되는 것이다.
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