짧은상식 : 핫팩이 뜨거워지는 원리

 

 

추운 겨울 날씨에 꽁꽁 얼어붙은 손과 몸을 간편하게 녹여주는 핫팩은 가루로 되어 있는 것과 금속판을 구부려 사용하는 핫팩으로 나눌 수 있다. 일명 손난로라고 불리는 이 핫팩들은 어떤 원리로 작동하는 것일까?

 

가루를 흔들어 열을 내는 핫팩의 원리

부직포 주머니 안에 가루가 넣어져 있는 핫팩에는 철가루와 활성탄, 소금, 약간의 수분, 질석, 톱밥 등이 들어가 있다. 핫팩의 겉 포장지를 뜯고 주무르거나 이리저리 흔들어대면 안에 있는 철가루가 산소와 만나 녹이 스는 산화 반응을 일으키는데 이 과정에서 아주 천천히 열이 발생하여 핫팩이 뜨거워진다. 이때 안에 들어 있는 활성탄이나 소금, 수분 등은 좀 더 산화 현상이 빨리 이루어지도록 돕는 촉매제의 역할을 하여 몇 분 안에 핫팩의 온도는 30℃ 에서 60℃까지 올라가게 된다. 이 산화과정은 길게 일어나기 때문에 12시간에서 최대 24시간까지 비교적 오래도록 핫팩을 이용할 수 있게 된다.

 

 

그러나 철가루를 주 소재로 사용하는 이 핫팩은 한번 산화가 되면 철이 완전히 녹슬기 때문에 더 이상 산화 작용이 일어나지 않아 1회용으로만 사용할 수 있는 단점이 있다. 이 때문에 핫팩을 사용하지 않을 때에는 겉 포장지를 뜯어서는 안되며 구매한 그대로 보관하는 것이 좋다.

 

 

 

 

금속판을 구부려 열을 내는 핫팩의 원리

금속판을 구부려 액체를 고체로 만들어 사용하는 핫팩에는 단순한 물이 아니라 아세트산나트륨 과포화 용액이 들어가 있다. 과포화 용액이란 어떤 온도에서 용해도 보다 많은 용질을 포함하고 있어 불안정한 상태인 용액을 말한다. 즉, 아세트산나트륨 과포화 용액에는 아세트산나트륨이 다용량 녹아 있다 보니 매우 불안정하고 작은 충격에도 쉽게 상태가 변경된다. 그래서 금속판에 힘을 주어 철분자가 튀게 되면 이것이 아세트산나트륨에 전달되어 불안정한 상태가 깨지면서 결정화가 진행된다. 이때 액체가 고체가 되면서 열에너지가 방출되어 핫팩이 뜨거워지게 되는 것이다. 

 

이 아세트난나트륨은 결정화가 완료되면 열이 점차 식기 시작하면서 딱딱하게 굳은 상태가 유지되는데 이 핫팩은 철을 이용한 가루 핫팩과 달리 58℃ 이상의 끓는 물에 넣으면 다시 과포화 상태로 돌아가는 성질이 있어 반영구적인 손난로로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

 

영상 출처 : LG사이언스랜드

 

※ 참고 자료 : 포스코경영연구원

※ 참고 서적 : 궁금증이 지식이 되는, 아하!(이병관 지음)