순간 냉각팩이 차가워지는 과학적 원리는 무엇인가요?

Question

포장지를 뜯어 내부 주머니를 짓눌러 섞어 쓰는 순간 냉각팩은 별도의 냉동 과정 없이도 순식간에 얼음처럼 차가워지는데요. 순간 냉각팩이 차가워지는 과학적 원리는 무엇인가요?

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안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

순간 냉각팩이 순식간에 차가워지는 과학 원리는 물질이 물에 녹으면서 주변의 열을 흡수하는 흡열 용해 반응 때문입니다. 냉각팩 내부에는 질산암모늄 또는 요소와 같은 고체 화학물질 가루와 쉽게 터지는 얇은 비닐 주머니 안에 순수한 물이 서로 격리되어 들어 있습니다.

내부 주머니를 짓눌러 터뜨리면 물과 고체 가루가 섞이며 용해 과정이 시작되면, 고체 상태의 입자들은 서로 강하게 끌어당기며 정돈된 결정 구조를 이루고 있어 이를 깨뜨려 이온이나 분자로 분리하려면 외부에서 에너지를 흡수하는데 질산암모늄이나 요소의 경우, 결정 구조를 깨뜨리는 데 필요한 에너지가 물이 이온을 감싸며 방출하는 에너지보다 훨씬 큽니다.

고체 질산암모늄이 수용액 상태의 이온으로 해리될 때 반응계의 엔탈피가 증가합니다. 외부에서 끊임없이 열을 흡수하므로 용액의 온도는 반응 개시 후 불과 수 초 만에 0°C 안팎까지 낮아지게 됩니다.