학문
밤하늘의오로라
냉찜질팩의 온도 하강의 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 일회용 냉찜질팩은 내부 물질이 섞이면서 급격히 온도가 내려가는데 이 현상은 흡열 반응인가요, 아니면 용해 과정에서의 엔탈피 변화 때문인가요?
1개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
흡열 반응인지에 대해서는 부분적으로 맞고, 보다 정확한 설명은 용해 과정에서의 엔탈피 변화인 용해 엔탈피라고 보시는 것이 맞겠습니다. 일회용 냉찜질팩의 내부 구조를 먼저 보면 대부분의 경우 물과 질산암모늄, 요소, 질산칼륨 등의 염이 서로 분리된 상태로 들어 있습니다. 사용자가 팩을 눌러 내부 격막을 깨면, 고체 염이 물에 녹기 시작하면서 급격한 온도 변화가 발생하는데 이때 핵심은 화학 반응이 아니라 물리적 용해 과정라는 점입니다.
엄밀히 말하면, 냉찜질팩에서 일어나는 과정은 전형적인 화학 반응이 아니라 용질이 용매에 녹는 과정인데요 따라서 흡열 반응이라는 표현은 넓은 의미에서는 맞을 수 있지만, 화학적으로는 흡열적 용해라고 부르는 것이 정확합니다. 즉, 새로운 물질이 생성되는 반응은 아니지만 주변으로부터 열을 흡수하는 과정이기 때문에 결과적으로 온도가 내려가는 것입니다. 고체 염이 물에 녹는 과정은 단순하지 않고, 세 가지 에너지 단계가 동시에 얽혀 있는데요 용질–용질 결합을 끊는 데 필요한 에너지, 용매–용매 결합을 재배열하는 데 필요한 에너지, 용질–용매 결합을 형성하며 방출되는 에너지입니다. 중요한 점은, 이 흡열 과정에 필요한 에너지가 팩 내부에 미리 저장되어 있지 않다는 것인데요 이때 열은 주변 환경에서 가져옵니다. 예를 들어서 피부의 열은 용해에 사용하여 팩의 온도가 하강하고 손으로 만지면 차갑다라고 느끼게 됩니다. 즉, 냉찜질팩은 열을 만들어내는 장치가 아니라, 주변의 열을 빼앗아 가는 장치입니다. 감사합니다.