#손난로
직접 만들어 보자!
액체형 손난로는
집에서도 직접
만들어볼 수 있어요!
[준비물]
아세트산나트륨,
두꺼운 비닐봉지,
똑딱이 금속, 일회용 스포이드
[만드는 방법]
①
아세트산나트륨 100g을
봉지에 넣어주세요.
②
스포이드를 통해
물 12ml를 넣은 후
잘 저어줍니다.
③
똑딱이를 봉투에 넣고
열 봉합기(비닐접착기)로
입구를 봉합해 줍니다.
④
비닐봉투를
아세트산나트륨이 투명해질 때까지
중탕 가열해줍니다.
⑤
다 녹은 것을 확인하면
열기를 식힌 후
똑딱이를 여러 번 꺾어주면 끝!
※꼭 주의하세요!
중탕 가열할 때나
비닐을 식힐 때
화재 및 화상에
유의하세요.
찬바람이 불면 자연스럽게 손이 주머니 안으로 들어가기 마련입니다.이맘때의 필수 아이템으로 떠오르는 것이 있는데요. 바로 주머니 안을 따뜻하게 만들어주는 손난로죠. 손난로에는 크게 두 종류가 있는데요. 흔들어서 발열하는 고체형 손난로와 안쪽에 조그마한 쇳덩이를 꺾으면 발열하는 액체형 손난로가 있어요.
이 두 종류의 손난로는 서로 다른 원리로 발열하는데요. 오늘은 겨울철 우리의 따뜻한 손을 책임지는 손난로의 원리에 대해 이야기해볼게요!
Q. 고체형 손난로의 원리
먼저 고체형 손난로의 원리에 대해 알아볼까요?
고체형 손난로 안에는 철가루, 소금, 활성탄, 톱밥, 질석, 소량의 물 등이 들어있어요. 여러 가지 손난로 내용물 중에 철이 열을 내는데 중요한 역할을 하는데요. 철은 산소와 결합하면 산화철이 되어 녹이 슬게 된답니다. 바로 이 녹이 스는 과정에서 열이 나는 것이죠. 하지만 평범하게 녹이 스는 과정에서 이 열을 느끼기는 매우 어렵습니다. 그래서 반응이 빠르게 일어나도록 손난로 안에는 적당한 크기의 고운 철가루를 넣게 되는 것이죠.
철가루는 손난로 안에서 산화되어 몇 분 내에 30℃~60℃까지 온도를 올릴 수 있게 됩니다. 소금과 활성탄도 반응이 빨리 일어나는 것을 돕기 위해 손난로 안에 넣는 것이랍니다.
그렇다면 손난로를 뜯지도 않았는데 화학 반응이 일어나 발열이 되면 어떡하나 걱정하는 분들 계실텐데요.물과 산소가 없으면 철은 녹이 슬지 않아요. 때문에 손난로의 봉지를 뜯어 산소와 접촉해야 산화가 시작된답니다. 철이 전부 산화되면 반응이 멈추게 되고 손난로는 다시 사용할 수 없습니다. 고체형 손난로가 재활용이 되지 않는 이유에요.
액체형 손난로 / 이미지 출처 : 위키피디아
Q. 액체형 손난로의 원리
고체형 손난로와 달리 액체형 손난로는 재활용이 가능한데요. 바로 *겔 상태의 투명한 물질인 아세트산나트륨 과포화 용액 덕분이랍니다. 과포화 용액은 어떤 온도에서 용매에 녹을 수 있는 것보다 더 많은 용질이 녹아 있는 용액을 말해요. 높은 온도에서 용질을 녹인 후 천천히 식혀서 만드는 것이죠. 이렇게 되면 고체상태는 되지 않으나 투명하고 균일한 *겔 상태가 되는 것이죠. 액체형 손난로를 만졌을 때 끈적한 상태의 용액이라는 느낌이 드는 것은 바로 이 때문이에요.
*겔 : 콜로이드 용액(졸)이 일정한 농도 이상으로 진해져서 튼튼한 그물조직이 형성되어 굳어진 것 [출처 : 두산백과]
액체형 손난로 안에 있는 금속판을 꺾으면 액체가 굳어지며 열이 나기 시작하는 것을 경험 해보셨을텐데요. 이는 금속판이 꺾일 때 발생하는 에너지가 주위의 아세트산 나트륨에 전달되어 이들의 불안정한 상태가 깨지는 것이랍니다. 이 에너지로 인해 아세트산나트륨의 결정화가 연쇄적으로 일어나게 되고 순식간에 용액 전체가 고체로 바뀌게 되는 것이죠. 바로 이 때 열이 방출되며 손난로의 역할을 하는 것이에요.
모든 아세트산나트륨이 고체화되면 열은 서서히 사그라들고 단단해진 손난로가 남게 되는데요.뜨거운 물에 손난로를 넣으면 다시 단단해졌던 아세트산나트륨은 용액으로 돌아가게 되고 봉지가 찢어지지 않는 이상 계속 손난로를 사용할 수 있게 됩니다. 재활용이 가능한 장점이 있지만 지속시간은 고체형 손난로보다 짧다는 단점이 있답니다.
오늘은 일상에서 화학 반응을 가장 잘 이용했다고 평가 받는 손난로에 대해 알아보았는데요. 손난로에 녹아 든 화학 원리에 대해 생각하며 사용하는 것도 재미있지 않을까요? 손난로와 함께 따뜻한 겨울되세요. ^^
따끈따끈~ 손난로의 비밀!
2010.12.29 00:00
가 가
찬바람이 쌩쌩 부는 어느 날, 나향기 양은 남자친구 K 군과 함께 모처럼 데이트에 나섰다. 남자친구가 이끈 곳은 광화문광장 스케이트장. “와~! 향기야, 저기 알록달록한 전구 좀 봐. 스케이트를 타러 나온 사람들도 엄청 많네!” “좋긴 한데 너무 추워~. 어디 따뜻한 데 들어갔으면 좋겠는데. 이를테면 수다벅스 다방 같은 곳…, 호호~” “향기, 너~! 추운 게 아니라 커피 마시면서 쉬고 싶어서 그런 거지? 네가 몸 움직이는 걸 싫어하는 건 알지만…, 스케이트는 진짜 재밌다니까~ 게다가 스케이트를 타다 보면 금방 따뜻해질 거야” “아냐, 진짜 추워서 그런 거라고!” 갑자기 핏! 하고 토라지는 나향기 양. K 군은 당황하면서도 간만에 마음먹고 나온 스케이트장을 포기할 수 없다. 머리를 굴리는 K 군. “이럴 때 따뜻한 무언가가 있으면 좋을 텐데…. 그래, 그거야! 여기서 잠깐만 기다리고 있어. 내가 금방 따뜻하게 해 줄게~” 편의점으로 달려가는 K 군. 잠시 후 양쪽 주머니에 손을 깊이 찔러 넣고 돌아온 그가 나향기 양 앞에서 손을 꺼내 보인다. 그의 양 손에는 맑은 액체가 담겨 있는 주머니 난로가 놓여있다. “널 위해 준비했어~” 이 말을 외치곤 액체 속에 있는 동전 같은 것을 재빨리 똑딱거린다. 그러자 주머니 속 액체가 하얗게 굳어지면서 열이 나기 시작한다. “향기야, 이거 주머니에 넣어두고 있으면 따뜻할 거야” “와~ 따뜻하다. 이 주머니 난로 정말 신기해! 어떻게 이렇게 따뜻해질 수 있는 걸까? 근데 이거 계속 쓸 수는 있는 거야? 아님 한 번만 쓰고 버리는 거?” 주머니 난로가 신기했던 향기 양은 질문을 속사포처럼 쏟아낸다. “우리 향기, 주머니 난로에 대해 관심이 많구나~. 그럼 내가 주머니 난로의 원리를 알려줄까?” “응~, 완전 궁금해! 그런데 커피 마시면서 들으면 안 될까?” “으이구, 정말 향기 너에겐 못 당하겠다니까~” 추운 겨울이 되면 밖에서 일하는 사람들과 어린 아이들, 몸은 물론 마음까지 시린 솔로 족들을 위한 필수 아이템, 주머니 난로. 올 겨울도 어김없이 찾아온 주머니 난로의 원리는 무엇일까? 주머니 난로는 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 고운 쇳가루를 이용한 고체형 난로, 아세트산나트륨(Sodium Acetate)을 이용한 액체형 난로가 그것이다. 고체형 난로에는 쇳가루와 탄소가루, 염화나트륨, 활성탄가루, 약간의 수분 등이 들어 있다. 이것을 잡고 흔들면 주머니 속의 고운 쇳가루가 공기 중의 산소와 반응하면서 열을 만들어 내는 산화 작용을 하게 된다. 이때 염화나트륨과 수분은 철의 산화 작용을 더욱 빨리 촉진 시키는 역할을 한다. 활성탄가루는 많은 구멍을 갖고 있어 수분을 머금게 하고 열이 빨리 달아나지 않게 잡아주는 역할을 한다. 고체형 손난로는 보통 한 번에 10시간 이상 따뜻하게 이용할 수 있다는 장점이 있지만 대부분 일회용이라는 것이 단점. 철이 녹슬며 산화하는 반응은 되돌리기 어렵기 때문이다. 이에 반해 아세트산나트륨(CH₃COONa)을 이용하는 액체형 난로는 여러 번 사용할 수 있다. 이는 아세트산나트륨이 가진 특성 때문에 가능하다. 아세트산나트륨은 초산 냄새가 나는 무색 결정 고체다. 물에 이 고체를 넣고 가열하면 고체가 녹으면서 가열된 열을 흡수하게 된다. 이때 아세트산나트륨 용액은 물과 같이 투명한 액체 상태를 유지해 용기나 비닐봉지 같은 곳에 담아 둘 수 있다. 액체형 난로에는 아세트산나트륨이 물에 더 이상 녹을 수 없는 상태보다 더 많은 고체가 녹아 있다(과포화상태). 과포화상태의 용액은 상당히 불안정한 상태이기 때문에 외부의 작은 충격에도 반응이 일어난다. 외부에서 이 용액에 작은 충격을 가하면 투명한 액체가 하얗게 변하면서 순간적으로 얼음이 얼듯 딱딱한 고체로 변하게 된다. 액체에서 고체로 상태변화가 일어나면 자유롭던 입자들이 움직임을 멈추면서 남는 에너지가 열로 방출된다. 이 발열반응 덕분에 완전히 고체화가 진행될 때까지 따뜻하게 들고 다닐 수 있다. 하지만 아쉽게도 이 난로는 한 시간 정도면 완전이 식어버린다. 난로를 다시 이용하기 위해서는 물에 담그고 끓이면 된다. 그러면 다시 투명한 액체로 변한다. 이때 액체 주머니 속에 들어 있는 작은 쇳조각을 몇 번 똑딱여주면 다시 고체로 변하면서 열이 방출된다. 작은 쇳조각은 아세트산나트륨 용액에 충격을 주기 위한 장치다. 기온이 떨어질수록 몸은 자꾸 움츠러들고 따뜻한 실내나 난방기구 옆에만 머무르고 싶어진다. 불가피하게 야외에서 오래 머물러야 할 경우, 주머니 손난로를 준비해 보는 건 어떨까. 작지만 한결 따뜻해지는 것을 느낄 수 있을 것이다.