[생활속 과학상식]한겨울 필수품 '손난로'의 비밀

↑드라마 촬영도중 언 볼을 손난로로 녹이는 최시원

연일 한파에 찬바람이 불고, 눈까지 자주 내리고 있다. 장갑을 착용해도, 주머니에 손을 넣어도 건물 밖에 있으면 여간해서 추위를 피하기 어렵다.

추운 겨울 주머니속의 핫 아이템으로 꼽히는 '주머니 난로'(손난로). 짧은 시간에 얼어붙은 손이나 볼을 녹이는데는 최고의 소품이다.


안에 있는 버튼을 똑딱거리는 것만으로 짧은 시간에 열이 나는 주머니 난로의 원리는 무엇일까.

주머니 난로는 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 고운 쇳가루를 이용한 고체형 난로, 아세트산나트륨(CH₃COONa)을 이용한 액체형 난로다.

고체형 난로에는 쇳가루와 탄소가루, 염화나트륨, 활성탄가루, 약간의 수분 등이 들어 있다. 이것을 잡고 흔들면 고운 쇳가루가 공기 중의 산소와 반응하면서 열을 만들어 내는 산화 작용을 한다. 이때 염화나트륨과 수분은 철의 산화 작용을 더욱 빨리 촉진 시키는 역할을 한다. 활성탄가루는 많은 구멍을 갖고 있어 수분을 머금게 하고 열이 빨리 달아나지 않게 잡아주는 역할을 한다.


고체형 손난로는 보통 한 번에 10시간 이상 따뜻하게 이용할 수 있다는 장점이 있지만 대부분 일회용이라는 것이 단점. 철이 한번 산화해 녹이 슬면 다시 정상으로 되돌리기 어렵기 때문이다.

이에 비해 아세트산나트륨을 이용하는 액체형 난로는 여러 번 사용할 수 있다. 이는 아세트산나트륨이 가진 특성 때문이다. 아세트산나트륨은 초산 냄새가 나는 무색 결정 고체다. 물에 이 고체를 넣고 가열하면 고체가 녹으면서 가열된 열을 흡수하게 된다. 이때 아세트산나트륨 용액은 물과 같이 투명한 액체 상태를 유지해 용기나 비닐봉지 같은 곳에 담아 둘 수 있다.

액체형 난로에는 아세트산나트륨이 물에 더 이상 녹을 수 없는 상태보다 더 많은 고체가 녹아 있다.(과포화상태) 과포화상태의 용액은 상당히 불안정한 상태이기 때문에 외부의 작은 충격에도 반응이 일어난다. 외부에서 이 용액에 작은 충격을 가하면 투명한 액체가 하얗게 변하면서 순간적으로 얼음이 얼듯 딱딱한 고체로 변하게 된다. 난로 안에 있는 작은 버튼은 충격을 주기 위한 장치다.

액체에서 고체로 상태변화가 일어나면 자유롭던 입자들이 움직임을 멈추면서 남는 에너지가 열로 방출된다. 이 발열반응 덕분에 완전히 고체화가 진행될 때까지 따뜻하게 들고 다닐 수 있다. 하지만 액체형 난로는 한 시간 정도면 완전이 식어버린다. 반면 재사용이 가능하다는 장점이 있다. 난로를 다시 이용하기 위해서는 물에 담그고 끓이면 된다. 그러면 다시 투명한 액체로 변한다.