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핫팩의 원리 : 철의 산화작용 |
날씨가 점점 추워지고 있습니다.
아직 가을이긴 하지만 아침저녁으로 쌀쌀한 바람이 불고 있습니다. 이제 곧 겨울이 올것이란 예감이 듭니다.
추운 겨울 밖에서 활동하는 사람들, 특히 군인이나 캠핑족들에게 많은 사랑을 받는 '핫팩'에 대해 알아보겠습니다.
핫팩(손난로)이 따뜻해지는 원리는 철(원소기호:Fe)의 산화 발열반응 때문입니다.
햇팩의 주성분인 철가루, 소금, 활성탄, 수분 등으로 구성되어 있으며, 핫팩의 포장으 뜯고 흔들거나 주무르게 되며,
철가루가 산소와 만나 산화반응을 일으키게 되며 이 과정에서 핫팩의 온도가 30도에서 높게는 60도까지 올라가게 됩니다.
철가루의 산화반응에서는 철과 산소가 반응물질이 되며, 반응의 결과물(생성물)은 산화철이 됩니다.
* 화학반응 공식 : 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3
철과 산소가 가지고 있는 에너지의 합은 산화철이 갖고 있는 에너지보다 크기 때문에, 그 차이만큼의 에너지가 대부분 열의 형태로 방출되게 됩니다. 그 결과 화학반응이 일어나는 주변(핫팩)이 따뜻하게 되는 것입니다.
| 핫팩이 순식간에 따뜻해지는 이유 |
우리 주변에서 철의 산화작용을 쉽게 볼 수 있습니다. 바로 철이 녹스는 것입니다. 하지만 녹이 슬면서 주변이 따뜻해지는 것을 인식하기 어려운 것은, 아주 천천히 반응이 일어나기 때문입니다.
하지만, 하색의 경우 매우 곱고 미세한 철가루를 사용하여 표면적이 매우 높게 되며, 넓어진 표면적이 많은 공기와 만나 산화반응이 가속되는 것입니다. 또한, 같이 들어있는 소금과 활성탄 역시 산화반응을 촉진시키는 촉매 역할을 하기 때문에 빠른 산화반응과 함께 온도(열에너지)이 빠르게 올라가는 것입니다.
단, 핫팩이 이송중에 산소와 만나 산화작용이 일어나버리면, 핫팩으로서의 역할을 하지 못하기 때문에, 공기가 통하지 않도록 밀봉하여 포장되어야 합니다.
| 핫팩이 일회용인 이유 |
국내에 유통되는 핫팩의 경우 대부분 최대 12시간 정도 열을 내어 따뜻하게 유지됩니다. 이러한 제품들은 모두 1회용으로써, 핫팩에 들어있는 철가루가 산화반응을 마치고 나면 모두 녹슬어버리기 때문에 다시 사용할 수가 없습니다.
이러한 형태의 핫팩이 아닌 끓는물에 넣어 재사용할 수 있는 핫팩의 경우 철가루를 사용하지 않고, 아세트산나트륨을 활용한 것입니다.
아세트산나트륨이 녹는점이 58도인 것을 활용한 것입니다. 이는 끓는물에 넣으면 액체상태가 되지만, 실온에 놔둘 경우 고체가 되지 않고 과냉각상태의 액체가 되는데, 이것에 충격을 주거나 흔들 경우 급격히 고체로 변하게 되면서 응결에너지가 외부로 배출되는(열에너지) 원리를 이용한 것입니다.
