핫팩! 겨울철 필수품 (feat. 핫팩 원리)

핫팩! 겨울철 필수품 (feat. 핫팩 원리)

차가운 바람에 익숙해져야 하는 계절이다.

어린이 집에 가는 유아들의 고사리 손이나

야외 훈련을 받는 군인,

야외에서 캠핑을 하는 캠핑족들이

많이 사용하는 용품이 바로 핫팩(손난로)이다.

 

핫팩의 원리는 바로 철(Fe)의 산화 발열반응이다.

 

핫팩의 주성분은 철 가루, 활성탄, 소금, 수분 등으로 만들어진다.

 

핫팩의 겉 포장을 뜯고 주무르거나 흔들면 안에 있는 철 가루가 산소와 만나

빨리 산화반응을 일으키고 몇 분내 온도가 30℃에서 60℃까지 올라가게 된다.

 

굳이 이러한 반응을 화학 반응식으로 표현하면 [ 4Fe+3O2 ⇒ 2Fe2O3 +발열 ]으로 표현할 수 있다.

철 가루의 산화반응에서는,

철과 산소가 반응물질이며 산화철은 생성물질이다.

 

철과 산소가 가지고 있는 에너지의 합이 산화철이 가지고 있는 에너지보다 크기 때문에 그 차이만큼의 에너지가 방출되는 것이다.

 

이때 방출되는 에너지의 대부분이 열에너지의 형태를 띠기 때문에

주변의 온도가 올라가는 발열반응이 되는 것이다.

 

우리 주변의 못 같은 철 제품이 녹이 스는 것도

모두 산화반응이고 열이 발생하지만

녹스는 과정이 오랜 기간 동안 일어나기 때문에

이러한 발열반응을 생활에서 인식하기는 사실 어렵다.

하지만, 핫팩의 경우 매우 곱고 미세한

철 가루를 사용하는데 그 표면적이 상대적으로 넓어서

공기와 쉽게 접촉해 공기와의 산화반응이 빨라지게 하며

같이 포장되어 들어있는 소금과 활성탄도

역시 산화반응이 빠르게 일어나도록 도와준다.

 

물론 이러한 핫팩은 사용 전에

공기가 잘 투과되지 않도록 포장을 처리하여 제품을 운반하거나

보관할 때 산화반응이 일어나지 않도록 하고 있다.

 

시판되고 있는 핫팩의 대부분이

최대 12시간 정도 열을 지속적으로 낼 수 있도록 제품이 구성되어있다.

 

하지만 철 가루는 주 소재로 사용하는 핫팩은

발열반응이 일어나 산화철로 변화가 되면

다시 철이 완전히 녹슬었기 때문에 더 이상 산화반응이 일어나지 않는 1회용 제품이다.

끊는 물에 넣어서 사용하는 반영구적인 손난로에는

철가루를 사용하는 것이 아니라

녹는점이 58℃인 아세트산나트륨을 활용한 것이다.

끓는 물에 넣으면 액체상태가 되지만

가만두면 상온에서도 고체가 되지 않고

과냉각상태의 액체가 되는데,

이것을 약간 흔들면 급격히 고체로 변하면서

응결에너지를 외부로 방출하는 원리를 이용한 것이다.