겨울철에 사용하는 손난로의 화학 반응

겨울철에 사용하는 손난로 중에는 화학 반응을 이용한 손난로가 있습니다.

이 손난로에는 주로 염화칼슘(CaCl₂)이나 철(Fe), 산소(O₂), 활성탄, 소금, 물 등의 물질이 들어 있으며, 이들이 화학 반응을 일으키면서 열을 방출하게 됩니다.

 

손난로의 종류에 따라 반응 방식이 다를 수 있는데, 가장 흔히 사용되는 두 가지 반응 방식은 철의 산화 반응과 초포화 아세트산나트륨(NaCH₃COO)의 결정화 반응입니다.

 

철의 산화 반응 (일회용 손난로)

이미지출처 : 포스코 뉴스룸

 

• 손난로 속에 들어 있는 철 가루가 산소와 만나면서 산화 반응을 일으켜 열을 방출합니다. 이 반응을 촉진하기 위해 손난로에는 활성탄과 염화나트륨(소금) 등이 포함되어 있어 산소와 철의 접촉 면적을 넓히고, 반응 속도를 높입니다.
• 이 반응의 화학식은 다음과 같습니다.

4Fe+3O ₂ → 2Fe₂O₃ +열

 

• 철이 산화되면서 발생하는 열이 손난로를 따뜻하게 해주며, 이 반응은 산소가 충분할 경우 몇 시간 동안 지속됩니다. 그러나 일회용 손난로는 한 번 반응을 시작하면 멈출 수 없기 때문에 반응이 끝나면 더 이상 사용할 수 없습니다.

 

초포화 아세트산나트륨의 결정화 반응 (재사용 가능한 손난로)

이미지출처 : 쿠팡

 

• 재사용 가능한 손난로에는 초포화 아세트산나트륨(NaCH₃COO) 용액이 들어 있습니다. 이 용액은 투명한 상태로 유지되지만, 손난로를 구부리거나 버튼을 눌러 작은 금속 디스크를 작동시키면 결정화 반응이 일어납니다. 초포화 상태에서 결정화가 시작되면 고체가 형성되면서 잠열이 방출되어 손난로가 따뜻해집니다.
• 이 반응의 원리는 초포화 아세트산나트륨이 결정화되는 동안, 액체 상태에서 고체로 변하면서 결정화 잠열을 방출하여 온도가 상승합니다.
• 이 손난로는 물에 다시 넣어 끓이면 아세트산나트륨이 다시 녹아 재사용이 가능해집니다.

 

손난로에서 일어나는 화학 반응의 특징

• 철 산화 반응: 연속적인 열 방출이 가능하며, 일반적으로 1회 사용 후 버려야 합니다.
• 초포화 아세트산나트륨 결정화 반응: 일정한 시간 동안 열을 유지하며, 재사용이 가능해 환경에 더 친숙합니다.

각기 다른 화학 반응 원리를 이용한 손난로는 사용 용도와 상황에 따라 선택할 수 있어 실용적입니다.