제설제를 알아보자 (염화물계)

겨울에 눈이 오면 아이들은 좋아하지만, 눈 치우는 일을 신경 쓰지 않을 수 없는데요.

눈을 제거할 때 뿌리는 가루인 제설제에 대해 알아보겠습니다.

제설제 정의

제설제는 겨울철 도로나 보행로의 눈과 얼음을 제거하거나 녹이기 위해 사용하는 화학적 또는 물리적 재료입니다. 제설제는 결빙점 강하 원리를 활용해 얼음을 녹이고 재결빙을 방지합니다.

제설제 종류

가장 많이 사용되는 제설제가 염소(Cl) 성분이 함유된 염화물계 제설제입니다. 염화칼슘(CaCl2), 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl), 염화마그네슘(MgCl2) 등이 대표적인데 이 가운데 염화칼슘이 가장 많이 사용됩니다.

1. 염화칼슘은 칼슘이온 1개와 염화이온 2개로 구성된 화학물질로 상온에서는 흰색의 고체상태로 물에 잘 녹습니다. 염화칼슘은 수분을 흡수하는 능력이 압도적이어서 자신의 무게보다 14배나 많은 양의 수분을 흡수합니다. 염화칼슘이 수분을 흡수하며 녹을 때 열을 방출하는데 그 온도가 60℃에 육박할 만큼 발열 온도가 높습니다. 염화칼슘은 자체적으로 수분을 흡수하면서 눈을 녹이고, 스스로 녹으면서 발생하는 열로 눈을 또 녹이는 셈입니다. 염화칼슘에 녹아 물로 변한 눈은 기온이 -54.9℃ 아래로 내려가야만 다시 언다고 합니다. 다른 염화물계 제설제로 녹인 눈은 -11~-33℃ 정도면 다시 얼어붙는 것과 대비됩니다. 가격도 다른 제설제에 비해 저렴한 편이어서 제설제로서의 효율은 염화칼슘이 최고인 것이지요.

2. 염화나트륨도 많이 사용되는 제설제 중 하나입니다. 염화나트륨은 식용이 아닌 '공업용 소금'입니다. 제설제로 사용할 때에는 염화칼슘과 1:3 비율로 섞거나 기온이 낮으면 1:1 비율로 염화칼슘의 비율을 높여 사용합니다. 염화나트륨은 물에 다른 물질을 섞으면 어는점이 낮아지는 성질을 이용한 제설제입니다. 물이 얼기 위해서는 물 분자가 모여 단단히 결합해야 하는데 염화나트륨이 물(눈)에 녹으면서 만들어진 나트륨이온(Na+)과 염소이온(Cl-)이 물 분자 사이의 결합을 방해합니다. 염화나트륨은 물에 녹으면서 염화칼슘과 반대로 주변 열을 흡수합니다. 따라서 러시아처럼 기온이 -20℃ 이하로 떨어지는 아주 추운 지방에서는 제설제로 사용할 수 없습니다. 염화나트륨은 -8℃ 이상일 때 제설 효과가 가장 큽니다. 염화칼슘에 비해 부식성이 70% 정도 높은 단점이 있지만 염화칼슘보다는 쌉니다.

3. 염화칼륨과 4. 염화마그네슘도 제설제로 활용되는데 둘 모두 염화칼슘처럼 물에 녹을 때 열을 방출합니다. 이 때문에 기온이 아주 낮은 지방에서도 사용할 수 있습니다. 그러나 염화칼륨은 흡습성은 뛰어나지만 토양에 나쁜 영향을 미치고, 염화마그네슘은 염화나트륨보다는 낮지만 염화칼슘에 비해서는 효율이 떨어집니다.

제설 효과는 염화물계가 뛰어나지만 단점이 뚜렷합니다. 가장 큰 단점이 '부식'입니다. 도로의 아스팔트나 시멘트를 부식시킵니다. 도로의 교량 구간에 몇 년간 계속해서 염화칼슘을 사용하면 철골 구조물이 취약해져 안전이 위협받을 수 있습니다. 겨울철 제설작업이 끝난 뒤 도로마다 포트홀이 급증하는데 염화물계 제설제 때문이라고 합니다.

도로도 녹이지만 차량도 녹입니다. 차량의 밑바닥에 달라붙은 염화물계 제설제는 금속을 녹슬게 합니다. 환경도 오염시킵니다. 염화물이 물속에 녹아 강이나 호수에 흘러가면 수중생태계를 파괴하는 것은 물론이고 우리가 마시는 음용수의 오염도 일으킬 수 있습니다. 또 토양에 녹아들어 가 식물의 뿌리로 흡수될 경우 생장에도 영향을 미치지요.

인도나 도로에 뿌려진 염화칼슘이나 염화칼륨이 녹은 수분을 가로수가 빨아들이면 토양이 산성으로 변해 나무가 말라죽기도 합니다. 땅속에 흡수되면 미생물의 활동을 방해해 죽은 땅으로 변해 풀도 살아남지 못합니다. 신발에 묻은 염화칼슘이 말라 분진이 되면 호흡기로 들어가 인체에도 해롭습니다.

제설제를 알아보며

위 내용처럼 주요 제설제들은 염소가 포함된 화학물질로 이루어져 있습니다. 염화칼슘, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화마그네슘 총 4가지 염화계 제설제의 특징을 통해 화학물질 이해도를 높이고 실생활에 사용되는 화학물질에 관심을 가져야겠습니다.

출처 : https://cm.asiae.co.kr/article/2019012216053180066

[과학을읽다]①눈길을 녹이는 과학, 염화물계의 한계 - 아시아경제