핫팩 제품 속에 있는 화학 원리는 어떤 것들이 있을까요?
이번 주 내내 추워서 핫팩을 매일 하나씩 사용해서
참으로 효과를 보았는데
이런 핫팩 속에는 어떤 화학의 공식이나 원리가 작용해서
따뜻하게 되는 것인가요?
안녕하세요.
핫팩은 낮은 온도에서도 비교적 높은 수준의 열을 발생시킬 수 있는 화학적 원리를 이용한 제품입니다. 시중에는 다양한 종류의 핫팩이 있으며, 그 중에서도 가장 흔히 사용되는 두 가지 유형은 화학 반응을 이용하는 일회용 핫팩과 결정화 현상을 이용하는 재사용 가능한 핫팩입니다.
일회용 핫팩에서 발생하는 열은 대부분 산화철 반응을 이용합니다. 이러한 핫팩은 주로 산화철(Fe₂O₃), 탄소, 소금, 흡수제ㅡ종종 수분을 함유하는 버미큘라이트ㅡ를 포함하고 있습니다. 핫팩이 활성화되면, 산화철이 공기 중의 산소와 반응하여 다음과 같은 화학 반응을 일으킵니다 :
4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃
이 반응은 발열 반응으로, 산화철이 산화되면서 열을 방출합니다. 탄소는 이 반응을 촉진시키는 촉매 역할을 하고, 소금은 반응 속도를 조절하여 열이 너무 빠르게 발생하는 것을 막습니다.
재사용 가능한 핫팩은 대부분 초과 냉각된 액체 상태의 아세트산 나트륨(NaC₂H₃O₂)을 포함하고 있습니다. 이 핫팩은 사용자가 금속 디스크를 클릭할 때 작은 충격이 전달되어 초과 냉각된 액체가 결정화를 시작합니다. 이 결정화 과정은 다음과 같은 발열 반응을 일으킵니다 :
NaC₂H₃O₂·3H₂O(액체) → NaC₂H₃O₂·3H₂O(고체) + 열
이 반응에서 발생하는 열을 핫팩을 따뜻하게 만들어 주며, 사용 후 핫팩을 끓는 물에 넣어 다시 액화시킴으로써 재사용할 수 있습니다.안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
핫팩의 화학 원리는 주로 철의 산화 반응에 의해 일어납니다. 핫팩 안에는 철가루, 활성탄, 염화나트륨, 톱밥, 질석, 소량의 물이 들어 있습니다. 철이 산소와 결합하면 산화철을 형성하며, 이 과정에서 열이 발생합니다.
활성탄과 소금은 철의 산화 속도를 빠르게 하는 촉매제 역할을 하며, 톱밥과 질석은 단열재로 열을 유지하는 작용을 합니다.
이러한 반응은 핫팩을 흔들면 철가루와 산소가 더 많이 만나게 되어 반응이 활성화됩니다.