아세트산나트륨이나 티오황산 나트륨에 충격을 주었을 때 발열 반응과 과포화 용액 반응을 볼 수 있는 키트

[규격] 10인용

[구성] 약품(주문시 아세트산나트륨 또는 티오황산나트륨 중 택일)

          손난로 만들기 전용 봉투(열봉합기로 봉해야 합니다. 별도구매)

          똑딱이, 색소

* 참고사항! 일반적으로 아세트산나트륨으로 제작되는것을 많이 사용 합니다.

아세트산나트륨으로 손난로 만들기

① 작은 비커에 아세트산나트륨 70g을 재서 비닐 봉투 안에 넣는다.

② 물 10mL를 재서 색소 넣고 난후, 물을 봉투 안에 넣는다.

③ 똑딱이를 골라서 비닐 봉투 안에 넣고 입구를 열봉합기로 막는다.

④ 뜨거운 물에 담가서 내용물이 완전히 녹아 투명해지도록 한다.

⑤ 완전히 다 녹은 것을 확인했으면 찬물이 들어있는 비커에 담가 식힌다.

만약, 식히다가 내부에서 결정이 생기면 다시 녹여야한다.

⑥ 완전히 식어서 약간 차가운 느낌이 들 정도로 식으면 똑딱이를 꺾어본다.

⑦ 완전히 굳으면 뜨거운 물에 넣어 다시 한번 반복해본다.

하이포(티오황산나트륨)으로 손난로 만들기

① 500mL 비커에 물을 150mL 정도 넣고 가열한다.

② 100mL 비커에 하이포를 70g 정도 넣은 후, 이미 가열한 500ml 비이커에 넣고 하이포가 다 녹을 때까지 중탕 가열한다.

③ 다 녹인 하이포 용액을 식힌다.

④ 비닐봉투 속에 식은 하이포 용액과 똑딱이,색소를 넣고 열봉합기로 막는다.

⑤다음은 위의 아세트산나트륨을 이용한 방법과 동일하다.

⌛손난로의 종류

손난로는 철가루, 탄소가루, 염화나트륨 수용액을 혼합했을 때 발생하는 열을 이용한 것이며, 발생되는 열은 철이 공기 중의 산소와 반응하며 생긴 것이다. 어떤 화학물질을 사용하는가에 따라 분말형과 액체형 두 가지로 나눈다.

▶분말형은 철분이 공기 중의 산소와 반응하여 산화(녹스는 현상)될 때 발생하는 열을 이용한다. 철이 자연적으로 산화될 때는 열이 발생하는 것을 느낄 수가 없는데, 그것은 녹스는 과정이 오랜 기간에 걸쳐서 서서히 일어나기 때문이다. 하지만 철분에 활성탄, 소금 등을 섞어주면 산화반응이 빠르게 일어난다. 그래서 분말형은 활성탄과 소금을 철분에 섞어서 산화반응이 빠르게 일어나도록 하여 열을 얻는 것이다.

▶액체형의 성분은 티오황산나트륨 용액인데 흔히 하이포라고도 불리며 식초 냄새가 난다. 하이포는 보통 고체 상태로 굳어 있지만 가열하여 온도가 높아지면 액체로 변한다. 녹아있는 하이포는 녹을 때 흡수한 열을 많이 포함한다. 식을 때는 열을 방출하면서 고체 결정이 석출되어야 하는데도 이 하이포는 그대로 녹아 있는 과포화 상태를 유지한다. 과포화 상태는 매우 불안정하기 때문에 약간의 충격만 가해주면 한꺼번에 고체 결정이 석출되면서 내부에 포함하고 있던 열을 방출한다. 이것이 액체형 손난로의 원리이다. 액체형 손난로 속에 들어있는 작은 똑딱이 금속 단추는 과포화 상태의 하이포에 충격을 가해주는 역할을 한다. 분말형은 철이 산화되면서 열을 방출해버리고 나면 두 번 다시 사용할 수 없지만 보통 10시간 이상 오래도록 열을 방출한다. 액체형은 열 방출 시간이 짧은 반면 가열하여 언제든지 다시 사용할 수 있다.

⌛금속판(똑딱이)을 넣어 꺾어 주는 이유는 무엇 때문일까요?

똑딱이 손난로에 들어 있는 용액은 아세트산나트륨이다. 아세트산나트륨은 뜨거운 물에 잘 녹기 때문에, 굳어 버린 손난로를 끊는 물에 넣으면 모두 녹아 투명한 용액이 된다. 굳으면서 열이 나는 이유는 뜨거운 물 속에서 녹을 때 흡수했던 열을 다시 내놓기 때문이다. 손난로가 적당히 식었을 때, 똑딱이 금속을 꺾어주면 점점 열이 발생한다. 가열해서 녹은 용액은 온도가 내려가면서 다시 고체로 변해야 한다. 하지만 아세트산나트륨의 경우 조심해서 식히면 그대로 용액 상태로 남는다. 그러나 이 상태의 용액은 매우 불안정해서, 약간의 충격을 주어도 안정된 고체 결정으로 돌아가 버린다. '똑딱이 금속'이 바로 이 자극제 역할을 하는 것이다. 그렇다면 용액이 굳으면서 열이 나는 이유는 뭘까? 그것은 아세트산나트륨 속에 숨어 있던 남은 열이 한꺼번에 나오기 때문이다. 아세트산나트륨과 같은 성질을 지닌 용액에는 티오황산나트륨(하이포)도 있다. 똑딱이 손난로는 식으면 다시 끊는 물에 봉지 채 넣어서 녹인 후 반복해서 계속 사용할 수 있다.

⌛발열반응

반응 물질이 가진 에너지가 생성 물질이 가진 에너지보다 많아서 그 에너지 차이만큼 주위에 열을 방출하는 반응을 말한다. 상대적으로 엔탈피(열함량)가 높은 반응 물질들이 반응하여 엔탈피가 낮은 생성물을 만들 때, 남는 열을 주위로 방출하여 주위의 온도가 올라간다. 반응 물질이 생성 물질로 변하면서 에너지를 방출하였으므로 에너지가 낮아진다. 이 방출한 에너지를 보충하여 원래의 상태로 되돌아가려면 에너지를 얻어야 가능하다. 화학반응을 일으킬 때 열을 방출하는 것 중에는 산과 염기의 중화반응, 금속과 산과의 반응, 물과 화합하는 수화반응 등이 있고, 또 탄소나 수소 또는 유기물 등이 공기나 산소 속에서 연소하는 반응은 빛을 수반하는 발열반응이다. 일반적으로, 발열반응은 반응에 의하여 방출된 열에 의해서 더욱 촉진되기 때문에 일어나기 쉽다. 발열반응은 일반적으로 에너지를 가하지 않아도 스스로 일어나는 반응이므로 자발적인 반응에 해당한다. 한편, 이 반응에서 생성되는 결합이 셀수록, 또 생성되는 결합수가 많을수록 방출하는 열량이 크다.

화학적 반응
► Sodium acetate ․ 3H2O(아세트산나트륨 3수화물)를 이용하여 손난로를 만든다.
► Sodium acetate는 화학식 화학식 CH3CO2Na. 분자량 82.04, 녹는점 324℃, 비중 1.528
► 이것을 수산화나트륨 또는 탄산나트륨으로 중화하고, 증발·농축하여 냉각시키면 3수화염
CH3CO2Na․3H2O가 생긴다.
► 이 3수화염의 결정을 120∼250℃로 가열하면 무수염(無水鹽)이 된다.