[스크랩] Q. 손난로는 어떻게 만들어진건가요?

 

Q. 겨울이 되니 손난로 쓸 일이 많은데요,  이건 어떻게 만드는 걸까? 궁금해졌어요-

손난로는 어떻게 만들어진건가요?

 

 

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A. 액체 손난로는 발열반응의 원리를 이용한 것입니다.

그럼 직접 액체 손난로만들기를 통하여 발열반응을 한번 알아볼까요?

 

1. 실험방법

우선 필요한 준비물입니다.

-아세트산나트륨 30g, 질긴 봉투, 금속판, 가열장치, 우리막대

(1) 아세트산나트륨 약 30g과 물 약 3ml를 비닐 팩(한약 팩같은)에 넣어줍니다.

(2) 이때 똑딱이 역할을 할 금속판을 함께 넣은 뒤 팩의 윗 부분을 잘 밀봉합니다.

(3) 비이커에 이 팩을 넣고 이것이 잠길 정도로 물을 넣은 뒤 가열하여 잘 녹여줍니다.
(이때 물중탕을 하는 거예요. 팩을 나무집게등으로 조심히 잘 잡고 실험하도록 하세요)

(4) 팩 안이 완전히 투명해 질때까지 아세트산 나트륨을 녹으면 공기중으로 팩을 꺼내어 천천히 냉각 시킵니다.

(5) 용액이 충분히 식은 뒤 금속판을 앞뒤로 똑딱 꺽어줍니다. 용액이 하얗게 굳어지면서 열이 나는 것을 느낄 수 있습니다.
(덜 식힌 상태라면 반응해서 내는 열인지 아직 덜 식어 나는 열인지 모르겠지요?^-^)

(6) 손난로가 열을 다 내고 난뒤 식으면 다시 끓는 물에 봉지채 넣어서 녹인 후 위의 과정을 반복하면 계속 사용할수 있습니다. (팩이 터지지않게 조심하세요)


2. 금속판에 넣어 꺽어 주는 이유...

-중탕가열한 아세트산나트륨용액은 포화상태 이상의 양의 용질을 녹이고 있는 과포화상태 용액입니다. 여러분도 이젠 알겠지만^-^ 과포화용액은 매우 불안정하기 때문에 강제적으로 더 녹아있던 용질이 안정한 원래의 상태인 고체로 돌아가고자 합니다. 따라서 약간의 자극만 주어도 석출이 되어버린답니다. 불안정한 상태니까 안전한 상태가 되기 위해 포화양 이상의 용질을 재결정시켜 버리는 것이지요. 따라서 갑자기 응고되기 시작하는 것이예요. 실험에서 자극을 주는 역할을 하는 것이 바로 금속판을 앞뒤로 꺽어 준 것이예요. 금속판을 꺽는 충격으로 결정이 생기면서 저장하고 있던 열이 한꺼번에 방출되기 때문에 손난로 역할을 할 수 있는 것입니다.

 아세트산 나트륨은 보통 고체 상태로 굳어 있지만 가열하여 온도가 높아지면 액체로 변한답니다. 녹아있는 아세트산 나트륨은 녹을 때 흡수한 열을 많이 포함하고 있지요. 따라서 녹을 때 흡수했던 많은 열을 다시 고체가 되면서 한꺼번에 방출하게 되어 발열반응이 일어나게 되어 난로의 역할을 할수 있게 되는 것이랍니다.

 즉 아세트산 나트륨이 처음물질인 액체상태일때보다 나중물질인 고체상태일때의 화학에너지가 더 작기때문에 액체상태의 에너지에서 고체상태의 에너지를 뺀 만큼의 열이 발생하게 된 것이랍니다. 그리고 다시 고체상태에서 액체상태로 되기위해서는 더 높은 에너지 상태인 액체상태의 에너지만큼 다시 열을 얻게 해주기 위해 고체가 된 아세트산 나트륨을 다시 가열을 해 주는 것이지요.

※ 흔들이 손난로와 액체 손난로의 비교

 옛날에는 흔들이 손난로가 더 흔히 접할 수 있었는데 이런 흔들이 손난로는 철이 산화되는 과정에서 열이 나는 것을 이용하는 거랍니다.철가루가 모두 다 산화되면 흔들어도 열이 나지 않게되요. 따라서 이것은 한번 다 소모가 되면 다시 사용하지 못한답니다. 하지만 똑딱이 손난로는 고체가 되어 난로로 사용한 뒤 다시 끊는 물에 봉지채 넣어서 녹인 후 위의 과정을 반복해 계속 사용할 수 있다는 장점이 있지요. 반면에 똑딱이 손난로는 흔들이 손난로보다 더 금방 식어버린다는 단점이 있기도 해요.
 모든 물질들은 에너지를 갖고 있어요. 이렇게 물질속에 숨어 있는 에너지를 '화학에너지'라 하는데, 어떤 물질이 화학 반응을 하여 다른 물질로 변하게 되면 처음 물질(반응 물질)의 에너지양과, 변한 물질(생성 물질)의 에너지양이 서로 다르게 됩니다. 결국 화학 반응이 일어나면 반응 물질과 생성 물질의 화학 에너지 차이만큼 에너지를 내놓거나 받아들이게 되는 것이지요. 이 과정에서 에너지는 주로 열에너지의 형태입니다. 따라서 이때 열을 내놓는 반응이 바로 발열반응이구요 열을 받아들이는, 즉 열을 뺏어가는 반응이 흡열반응이예요. 일반적으로 연소 반응은 열 에너지를 많이 내놓는 발열 반응 이랍니다.

 위에서 말했듯이 발열반응이란 반응이 일어나면서 흡수하였던 열을 외부로 방출하는 반응이예요.흡열반응은 그 반대의미 이구요. 발열반응의 간단한 몇가지 예로는 알코올이 연소하는 반응이 있는데 이는 알코올 속에 숨어 있던 에너지가 열에너지로 방출되는것이구요. 사람이 음식을 먹고 숨을 쉴 때 우리 몸 속 으로 들어가는 산소에 의해 음식의 영양소가 산화되요. 이때 열이 발생하므로 체온이 유지되는데 이것도 발열반응이랍니다.
흡열 반응은 외부의 열을 뺏어가는 반응이랍니다. 쉬운 흡열반응의 예로는 여름에 더울때 마당에 물을 뿌리면 일시적으로 시원해 지는데 이것은 땅에 뿌려진 물이 공기중으로 수증기가 되어 올라가며 땅이 마를때 외부에서 열을 빼앗아가기 때문에 상대적으로 외부는 일시적으로 시원함을 느낄 수 있게 되는 것이지요. 그밖에 손에 알코올이 묻었을때 손이 갑자기 시원해 짐을 느끼지요? 그것도 알코올이 증발하면서 손의 열을 뺏어가기 때문이예요^-^

 

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http://blog.daum.net/science_u (2006-12-26 작성)

 

 

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