핫팩이 뜨거워지는 원리는?

우리가 흔히 사용하는 핫팩은 크게 두 종류로 나눌 수 있습니다.

1. 산화 반응형 핫팩 (일회용 핫팩)

• 주로 철분, 소금, 활성탄, 물 등이 들어 있으며, 공기와 만나 화학 반응을 일으키며 열을 냅니다.
• 한 번 사용하면 다시 사용할 수 없고, 일정 시간 동안 서서히 따뜻함이 유지됩니다.

2. 재사용 가능한 핫팩 (겔/소금 결정 형)

• 내부에 과포화된 용액이 들어 있으며, 금속 판을 눌렀을 때 용액이 결정화하면서 발열합니다.
• 끓는 물에 다시 녹여 사용하면 반복 사용이 가능합니다.

이번 글에서는 우리가 가장 많이 사용하는 산화 반응형 핫팩이 어떻게 열을 발생시키는지를 중심으로 살펴보겠습니다.

 

산화 반응형 핫팩의 핵심 원리

일회용 핫팩의 주재료는 ‘철분(Fe)’입니다. 이 철분이 산소와 만나 산화될 때, 즉 녹이 슬 때 ‘발열 반응’이 일어나게 되죠. 핫팩 속에 있는 철 가루는 미세한 형태로 잘게 분쇄돼 있고, 그 안에는 수분을 유지하기 위한 **소금(염화나트륨)**과 산소의 흐름을 도와주는 활성탄, 수분을 제공하는 물 등이 함께 들어 있습니다.

핫팩을 꺼내 흔들면 내부로 공기가 들어오고, 철이 산소와 반응하기 시작합니다:

4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ + 열

이 반응은 비교적 천천히 진행되며, 일정한 온도를 장시간 유지해 줍니다. 마치 숯불처럼 천천히 타오르며 따뜻함을 내는 셈이죠.

핫팩의 구성 성분이 하는 역할은?

각각의 성분이 발열을 도와줍니다.

• 철분(Fe): 열을 발생시키는 핵심 재료
• 소금(NaCl): 반응 속도를 조절하고, 전해질 역할로 반응을 촉진
• 활성탄: 산소를 흡착해 철분과의 반응을 도와줌
• 버밀큘라이트(질석): 생성된 열을 저장하고 천천히 방출
• 물: 반응을 위한 수분 공급

이 모든 성분이 균형 있게 조합되어 핫팩이 ‘적당한 온도’를 ‘오랜 시간’ 유지하도록 설계된 것입니다.

 

왜 핫팩은 흔들어야 할까?

핫팩을 흔드는 이유는 내부의 철분이 공기와 잘 섞이도록 하기 위해서입니다. 밀폐된 포장을 열면 산소가 유입되지만, 고루 퍼지지 않으면 반응이 잘 일어나지 않기 때문에 흔들어주는 동작이 필요하죠. 가볍게 흔들면 열이 더 빨리 나고, 흔들지 않고 가만히 두면 발열이 느려지기도 합니다.

저온 화상 주의!

핫팩은 대체로 50~60도 정도의 따뜻한 온도를 유지하지만, 장시간 피부에 직접 닿아 있을 경우 저온 화상의 위험이 있습니다. 옷 위에 붙이거나 주머니 안에 넣는 등 간접적인 사용이 안전하며, 수면 중 사용할 경우 특히 주의가 필요합니다.

우리가 겨울마다 손에 쥐는 핫팩은 단순한 보온 도구를 넘어, 철과 산소 사이의 화학 반응이라는 아주 기본적인 과학 원리를 활용한 결과물입니다. 작지만 똑똑한 이 발명품 덕분에 우리는 추운 계절에도 따뜻한 하루를 보낼 수 있죠. 다음번에 핫팩을 사용할 때는 그 따뜻함 속에 담긴 과학을 한 번 떠올려보는 건 어떨까요?

갈매기 주요 먹이-하늘을 나는 청소부, 바다의 전략가

게의 모래주머니 역할 - 바다 속 갑각류의 소화 비밀