눈 오면 뿌리는 염화칼슘의 과학적 원리

SCIENCE WAVE

 

 

 

겨울철 눈이 쌓인 도로 위에 뿌려지는 하얀 가루를 본 적이 있을 것이다. 바로 염화칼슘(CaCl₂)이다. 이를 단순히 눈을 녹이는 물질이라고 생각했다면 오산이다. 염화칼슘은 공기 중 습기를 흡수해 얼음을 녹이며 물 어는 점을 극적으로 낮추는 특성을 가진 과학의 산물이다.

​

조해성 물질, 수분 강하게 흡수해

흐린 날 접시에 소금을 담아두면 시간이 지나며 점점 축축해지고, 결국 물에 젖은 듯한 상태가 된다. 이는 고체가 공기 중 습기를 흡수해 액체로 변하는 현상으로, 과학적으로 조해(潮解)라고 부른다. 소금뿐만 아니라 수산화나트륨과 염화칼슘(CaCl₂)도 공기 중의 습기를 강하게 빨아들이는 조해 성질이 뛰어난 물질이다.

 

 

 

 

이러한 특성 덕분에 염화칼슘은 겨울철 도로에서 눈을 녹이는 데 탁월한 효과를 발휘한다. 염화칼슘이 뿌려진 곳은 눈이 훨씬 빠르게 녹아 물로 변하면서 질척해지는데, 이 과정에서 만들어진 물은 기온이 -50℃에 가까워도 얼지 않는다. 이는 물에 염화칼슘, 소금, 설탕 같은 물질이 녹아 있을 때 어는 점이 0℃ 이하로 낮아지는 빙점강하(氷點降下) 현상 덕분이다. 이러한 특성은 겨울철 제설 작업에서 중요한 역할을 한다. 염화칼슘을 도로에 뿌리면 눈이 녹으면서 생성된 물이 빙점강하 현상으로 인해 낮은 온도에서도 얼지 않아 도로의 결빙 위험을 줄일 수 있다.

 

 

 

 

 

 

자연에서 볼 수 있는 빙점강하

자연에서도 빙점강하 현상을 볼 수 있다. 추운 지역의 식물은 세포액 내 당분과 염분 농도를 높여 어는 점을 낮춰 조직 손상을 방지하며, 극지방 어류는 냉동 방지 단백질과 고농도 염분 덕분에 체액이 얼지 않아 생존할 수 있다. 곤충과 양서류는 글리세롤이나 당류를 축적해 체액의 결빙을 막는다. 바닷물은 염분 농도로 인해 물(0℃)보다 낮은 약 -1.9℃에서 얼기 시작해 해양 생태계를 안정적으로 유지한다.

​

동면하는 동물들도 이같은 메커니즘으로 에너지를 절약하며 극한 환경에서 생명을 유지한다. 겨울잠을 자는 동물들은 체내 포도당, 글리세롤, 요소와 같은 물질을 축적해 체액의 농도를 높이고 빙점강하 현상을 유도해 체액이 얼지 않도록 한다. 이 물질들은 물 분자 간 결합을 방해해 어는 점을 낮추고, 결빙으로 인한 세포와 조직 손상을 방지한다.

​

남극의 돈 후앙 호수(Don Juan Pond)의 바닷물의 12배인 44%의 염도를 가지고 있어 -50℃에서도 액체 상태를 액체 상태를 유지한다. 이는 생명체와 자연환경이 혹독한 기후 속에서도 생존과 균형을 유지할 수 있는 핵심 원리 알고 보면 염화칼슘을 활용한 제설제의 작동 방식과 동일하다.

 

 

 

 

가정용부터 산업용까지, 제습제로도 널리 쓰여

염화칼슘은 제설제 외에도 제습제로 널리 사용된다. 가정용 제습제는 옷장, 신발장, 욕실 등 습기가 많은 작은 공간에서 사용되며, 습기를 흡수해 용액 형태로 바뀌는 소형 제품에 염화칼슘이 포함된다. 산업용 제습제는 식품 포장, 전자제품 보관, 물류 및 운송 과정에서 제품을 건조하게 유지하기 위해 사용되며 대량의 습기를 빠르게 제거하는 역할을 한다.

​

한편 염화칼슘 사용에는 부작용도 존재한다. 조해성 물질은 제습제, 도로 제설제 등으로 유용하게 활용되지만, 습기를 흡수하면서 주변을 젖게 하거나 물질이 손상될 수 있어 보관 시 밀폐된 환경이 필요하다.

 

 

 

 

또 염화칼슘은 철과 반응해 부식을 유발하기도 하고 자동차 차체와 철근 구조물의 내구성을 저하시킬 수 있다. 또한 녹은 염화칼슘이 하천으로 유입되면 수질 오염의 원인이 되기도 한다. 이러한 환경적 영향을 줄이기 위해 대체 물질 개발 및 사용량 최적화에 대한 연구가 진행되고 있다.

 

 

 

인류가 가장 많이 소비하는 곡물은 무엇인가?