겨울철 야외에서 손을 녹일 때 쓰는 투명한 액체 상태의 똑딱이 손난로의 원리가 궁금해요.

Question

겨울철 야외에서 손을 녹일 때 쓰는 투명한 액체 상태의 똑딱이 손난로 안에는 둥근 금속 단추가 들어있습니다. 이 단추를 꺾을 때 발생하는 미세한 물리적 충격으로 열을 방출하여 따뜻해 지는데, 그 원리가 궁금하네요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

겨울철 필수 아이템으로 자리 잡은 손난로가 추억의 똑딱이 손난로로부터 출발했다는 것을 아시나요. 액체 상태였던 손난로가 순식간에 하얗게 굳으며 따뜻해지기 시작하는데, 이 현상은 상태 변화와 화학적 불안정성을 활용한 재미있는 과학 원리가 숨어 있습니다. 이 원리에 대해 설명 드릴게요.

똑딱이 손난로 속 투명한 액체는 아세트산나트륨 과포화 용액입니다. 이 상태는 허용량보다 많은 용질이 녹아 있어 매우 불안정합니다. 이때 용액 속 금속 단추를 꺾으면 발생하는 미세한 물리적 충격이 기폭제가 되어 단추의 미세한 홈에서 아세트산나트륨의 첫 결정이 만들어집니다.

이 결정이 씨앗 역할을 해 주변의 불안정한 액체들이 도미노처럼 순식간에 하얀 고체로 굳어지게 됩니다. 물질이 액체에서 고체로 상태 변화할 때는 품고 있던 열에너지를 외부로 방출하는데, 이를 응고열이라고 합니다. 이 응고열이 한꺼번에 방출되면서 손난로가 따뜻해집니다. 사용 후 딱딱해진 손난로는 물에 넣고 끓여 열을 공급해 주면 다시 액체로 녹아 반영구적으로 재사용할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.

어릴적 이제품이 얼마나 신기하던지 사용 후 뜯어보고 이것저것 실험해보았던 기억이 납니다.

실제로 액체가 고체가 되면서 열을 만들어내는 원리 입니다.

내부에는 아세트산나트륨을 물에 녹인 용액이 존재 합니다. 이물질은 온도가 높을때 물에 녹고 식으면 원래 고체로 돌아가게 됩니다.

하지만 충격을 주지 않고 천천히 식히면 고체가 되지 않고 액체상태로 유지가 됩니다. 이는 과포화상태로 냉동실에 충격없이 물을 넣었을때 물처럼 보이지만 외부의 충격에 얼음이 되는 것과 같은 상태가 됩니다.

그래서 그안에 외부의 충격과 같은 똑딱이가 들어있습니다. 그래서 이것을 작동 시키면 내부에 미세한 물리적 충격이 발생하여 고체로 변화하면서 에너지를 방출하게 됩니다.

그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다:)