겨울철 필수품! 손난로 원리는?

 

 

겨울철 필수품! 손난로(핫팩) 원리는??

 

손난로는 고체형과 액체형으로 나누어 진다.

 

고체형은 일회용으로 사용되며 주머니 안쪽에 가루가 채워져 있는 형태이다.

고체형 손나로에는 철(Fe)가루와 소량의 물 등이 들어 있다. 철은 공기 중에 산소, 물과 결합하면 녹이 슬기 시작한다. 이를 '산화'라고 한다. 산화되기 전 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 빠르게 하여 열이 나오는 것을 체감할 수 있다. 이런 원리를 이용하여 제품화 한 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 손나로는 안에 아세트산나트륨과 과포화용액이 들어있다. 이는 높은 온도에서 용질(아세트산나트륨)을 녹이고 이를 천천히 식혀 용매(과포화용액)에 녹을 수 있는 것보다 더 많이 용질이 녹아 있는 상태이다.

 

이 상태의 온도는 매우 불안정해서 작은 충격에도 쉽게 고체화된다. 액체형 손난로 안에 금속판이 충격을 주는 역할을 한다. 물이 얼면 물 안의 열이 방출되면서 고체로 변하면서 아세트산나트륨 과포화용액도 빠르게 고체가 되면서 열을 방출하게 되는 것이다.