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추운 겨울 사람들이 가지고 다니는 손난로는 한 번 쓰면 버려야 하는 단점이 있다. 어떻게 하면 계속 사용할 수 있는 주머니 난로를 만들 수 있는지 알아보자.
1. 준비물
아세트산나트륨 70g, 또는 티오산나트륨 80g, 질긴비닐봉투, 스테인리스 금속판, 가열장치
2. 어떻게 할까요?
1) 아세트산나트륨 70g에 물 10g을 섞는다.
(티오산황산나트륨은 80g을 그대로 사용한다)
2) 1번에서 만든 아세트산나트륨을 비닐봉투에 넣고 뜨거운 물에 담궈 녹인다.
3) 모두 녹으면 비닐봉투를 꺼내 공기중에서 냉각시킨다. 이때 불순물이 들어가지 않도록 주의한다.
4) 금속판을 준비하거나, 없으면 병뚜껑을 망치로 두들겨 펴서 붙어있는 비 닐을 떼어내고, 못으로 구멍을 여러군데 뚫어 뾰족한 곳을 만든다.
5) 식은 용액에 금속판을 넣고 비닐봉투의 윗부분을 밀봉한다. 손난로의 수명은 밀봉이 얼마나 잘됐는지에 따라 결정되므로 꼼꼼하게 막아야 한 다. 불을 사용해 막을 경우 장갑을 끼고 해야 한다.
6) 용액이 식으면 금속판을 앞뒤로 여러번 꺽어준다. 하얗게 굳어지면서 열이 나는 것을 느낄 수 있다.
7) 손난로가 식으면 다시 끓는 물에 봉지 째 넣어서 녹인 후, 위의 과정을 반복해 계속 사용할 수 있다.
 
3. 왜 그럴까?
아세트산나트륨은 분자 한 개가 여러 개의 물 분자를 포함하고 있다. 이렇게 분자 자체가 가지고 있는 물분자를 결정수(結晶水)라고 한다. 이런 물질들은 상온에서 물에 대한 용해도가 작아 고체로 존재한다. 하지만 가열하면 용해도가 커져서 결정수에 녹게 된다. 녹은 용액은 고체상태에 비해 많은 열에너지를 포함한다. 따라서 액체상태의 아세트산나트륨이 고체 상태로 굳으면 열에너지가 방출된다.
물속에서 중탕 가열한 아세트산나트륨 용액을 식히면 용해도가 작아져 결정이 석출돼야 하는데 그렇지 않다. 중탕 가열한 아세트산나트륨 용액은 포화상태 이상으로 용질을 녹이고 있는 과포화 용액이다. 과포화 용액은 매우 불안정하기 때문에 약간의 자극을 주면 한꺼번에 결정이 석출된다. 실험에서 자극을 중 것이 바로 금속판을 앞뒤로 꺽어준 것이다. 금속판을 충격으로 결정이 생기면서 저장하고 있던 열이 한꺼번에 방출되기 때문에 손난로 역할을 한다.
아세트산나트륨 3수화물(CH3COONa·3H2O)을 58℃ 이상으로 가열하면 결정수(3H20)가 분리되고, 그 물에 무수한 아세트산나트륨이 녹기 시작한다. 완전히 녹게 되는 온도는 79℃정도로 포화상태를 이룬다.
아세트산나트륨의 용해는 흡열과정으로, 가열해야만 녹는다. 반대 과정인 결정화는 발열반응이다. 즉 녹는데 흡수됐던 열이 결정화되면서 방출되는 것이다. 결국 손난로의 열은 결정화열이다. 실험에서 80g의 아세트산나트륨 3수화물을 사용하면 발생하는 열량은 약 11.6kJ(물1L를 약 2.8℃ 올리는데 필요한 열량)이다. 시중에서 판매하는 손난로는 아세트산나트륨 3수화물에 약간의 물을 첨가한 것이다.
티오황산나트륨(하이포)은 48.2℃에서 결정수가 분리되기 시작해 60℃정도에 모두 녹는다. 하이포의 결정화열은 아세트산나트륨 3수화물보다 작고, 금속판을 여러번 꺽어도 결정화가 잘 일어나지 않는다.
4. 알아보기
1) 티오황산나트륨은 보통 하이포라 부른다. 금붕어
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