염화칼슘의 발열반응과 빙점강하 (퍼옴)

[심천]

염화칼슘(Calcium chloride. CaCl2)

한 개의 금속(Ca)이 두 개의 비금속(Cl2)을 가진 1부 2처 제를 취한다. 물에 쉽게 녹고 습기를 흡수한다(조해성). 습기를 흡수하면 스스로 분해되기 때문에 보관 시에는 공기와 접촉을 차단해야 한다.
석회석에서 바로 추출할 수 있지만 대량 생산하려면 솔베이(벨기에 화학자 Ernest Solvay) 법이 사용된다. 이 공법은 석회석과 소금을 주원료로 암모니아를 첨가, 소다 회(soda ash)를 만드는 방법이지만 중간에 염화 칼슘이 부산물로 파생된다. 탄산칼슘에다가 염산을 부어도 염화 칼슘을 얻을 수 있다(CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2)

1톤에 182 달러, 킬로 그램 당 200원 정도로 비싸지 않다(1990년, 미국)

염화칼슘은 조해성 때문에 공기나 가스 등을 건조시킬 때 쓰인다. 염화 칼슘이 있는 용기로 공기나 가스를 통과시키면 수분은 염화 칼슘에 붙잡히고 원래의 공기와 가스만 빠져 나온다.
소금(NaCl)보다 맛이 매우 짜기 때문에 음식에 짠맛을 주면서도 나트륨 성분을 증가시키지 않아 음식에 첨가하기도 한다. 이와 같이 식용으로 쓰일 만큼 신체에 그다지 해롭지 않다.

겨울철 눈의 제설을 위해 눈 덥힌 도로에 염화 칼슘을 뿌린다. 염화칼슘은 물을 잘 흡수하는 조해성을 가지고 있으며, 알코올이나 아세톤에도 잘 녹는다. 바로 이 조해성을 이용하여, 제설제로 사용되는 것이다.

염화칼슘은 물기를 흡수하는 조해성 때문에 주변에 있는 수분을 흡수한다. 수분을 흡수한 염화칼슘이 분해되면서 60도 정도의 열이 발생하고 이와 같은 발열 반응은 주변 온도를 상승시켜 더 많은 눈을 녹이게 된다. 발열반응 때문에 눈이 얼어붙는 것도 예방할 수 있다. 또한 염화 칼슘은 물의 빙점을 떨어뜨린다. 물은 0도에서 얼지만 염화칼슘이 30%정도 섞인 물은 경우 영하 50℃ 정도가 되어야만 언다. 이와 같이 염화칼슘은 눈을 녹일 뿐 아니라, 녹은 눈이 얼지 않도록 방지하기도 하는 것이다.

하지만 염화칼슘의 문제점도 있다. 탁월한 제습력 때문에 철로 만든 교량이나 자동차, 심지어는 콘크리트 속에 들어있는 철까지 손상을 주기 때문이다. 염소는 철의 적이다. 강력한 염소는 스텐레스도 녹 슬게 만든다. 염화칼슘에 의한 차량의 녹 방지는 비교적 간단하다. 염화칼슘이 뿌려진 도로를 주행한 후에는 반드시 물 세차를 하는 것이다. 염화칼슘은 물로 쉽게 지워진다. 염화 칼슘은 주로 바퀴를 통해 차체로 튀어 오근 것이기 때문에 외장보다는 차량 하체에 달라붙는다. 따라서 바퀴 주위를 철저하게 물 세차한다. 요즘엔 차량들이 어느 정도 언더 코팅되어 나오지만 한계가 있다.

칼슘이 눈을 녹이면서 토양으로 스며들면 식물의 수액까지 빨아들여 식물을 고사시킨다. 또한 신체에 접촉되면 피부에 수포를 만들기도 하고 피부 화상을 유발하기도 한다. 염화칼슘을 만진 손이나 발이 물과 접촉하면 갑자기 열을 발생, 화상을 유발할 수 있는 것이다.

여름철 제습제, ‘물 먹은 하마’의 주성분도 염화 칼슘이다. 염화 칼슘의 조해성 때문에 주변의 물을 빨아들이는 것이다. 따라서 물먹은 하마가 물을 먹어 생긴 물을 냉장고에 넣어두면 얼지 않는다.

염화칼슘 물이 옷에 튀면 염소 성분의 표백작용이 있어 물로 씻어낸다.

이와 같은 염화 칼슘의 제반 단점 때문에 근자에는 소금(염화 나트륨)을 많이 활용한다.소금은 염화 칼슘만큼 제습력을 가지고 있을 뿐만 아니라, 0℃에서 -10℃까지의 기온에서는 같은 양의 눈을 녹이는데 염화 칼슘보다 더욱 효과적이라는 것이 증명되었기 때문이다. 캐나다 연구소 실험에 의하면 영하 10℃이하에서는 염화칼슘이 제설 능력에서 앞서지만, 0℃ ~ 영하 10℃ 사이에서는 소금이 염화 칼슘보다 더 효과적이었다.

또한 소금의 부식성은 염화 칼슘의 70% 정도이기 때문에 환경 면에서도 더욱 유용한 것으로 알려져 있다. 하지만 가격이 비싸다는 것이 문제다. 염화 칼슘은 수분 흡수 능력이 뛰어나서 눈이 모두 녹은 뒤에도 공기 중 수분을 흡수함으로써 도로를 질퍽거리게 한다.

이 때문에 눈이 많이 오는 미국, 캐나다 등지에서는 소금과 염화 칼슘을 섞어 쓰는 방법을 취하고 있다. 0도에서 영하 10도 정도에서는 염화 칼슘보다 소금의 제설 효과가 좋다는 실험 결과에 의해 염화칼슘 1에 소금 3 정도의 비율로 섞어 쓰고 영하 10도 보다 더 떨어지면 염화칼슘 함량을 높여 1 : 1 정도로 섞어 쓰면 차량 부식을 30% 정도 줄일 수 있다. 소금도 염소가 들어있어 녹을 발생시키지만 염화칼슘처럼 급격한 반응을 일으키지 않기 때문에 더 낫다.
보통은 염화칼슘: 소금의 비율을 1 : 3 정도, 기온이 매우 낮을 때에는 염화 칼슘을 많이 섞어 염화칼슘: 소금 비율을 1 : 1로 섞어 사용함으로써 제설 효과를 높이고 부작용은 줄일 수 있다.