철가루가 들어 있는 휴대용 흔드는 손난로의 밀봉을 뜯고 흔들면, 철가루가 공기 중의 산소와 급격하게 반응하여 산화 철로 변하면서 다량의 열을 방출하는 발열 반응을 설명해 주세요.

Question

철가루가 들어 있는 휴대용 흔드는 손난로의 밀봉을 뜯고 흔들면, 철가루가 공기 중의 산소와 급격하게 반응하여 산화 철로 변하면서 다량의 열을 방출하는 발열 반응을 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

흔드는 손난로의 원리는 철이 공기 중의 산소와 만나 녹서는 과정에서 발생하는 열을 이용하는 것입니다. 자연에서 못이 녹슬 때는 반응이 아주 느리게 일어나 열을 느끼기 어렵지만, 손난로 내부에서는 이 산화 반응이 수 시간 내로 급격하게 일어나도록 설계되어 있어 따뜻한 열을 붙잡을 수 있습니다.

​밀봉된 겉포장을 뜯는 순간 부직포의 미세한 구멍을 통해 산소가 내부로 유입되며 화학 반응이 시작됩니다. 이때 손난로를 흔들어주면 뭉쳐 있던 내부 성분들이 골고루 섞이면서 철가루가 산소와 닿는 표면적이 극대화되어 열이 빠르게 오릅니다.

​손난로 안에는 철가루 외에도 반응을 돕는 유기적인 성분들이 함께 들어있습니다. 활성탄은 표면적이 넓어 주변의 산소를 붙잡아두는 역할을 하고, 소금과 물은 철이 녹서는 속도를 폭발적으로 끌어올리는 촉매제 역할을 합니다. 여기에 수분을 머금고 단열 효과를 내는 질석이 더해져 발생한 열이 한꺼번에 방출되지 않고 오랫동안 은은하게 유지되도록 돕습니다.

​결과적으로 흔드는 손난로는 일상적인 산화 현상을 촉매를 통해 극한으로 가속화한 재미있는 화학적 결과물입니다. 내부의 철가루가 모두 산화 철로 변해 반응이 끝나면 손난로는 서서히 식으며 딱딱하게 굳어지게 됩니다.