[재미있는 화학 이야기-질소] "'과자' 충전용에서 '에어백'까지"

"분명 과자 한 봉지를 샀는데 질소 반 과자 반."

최근 소비자들 사이에서 과대 포장된 '질소 과자' 논란은 끊이지 않고 꾸준히 제기되고 있다. 과자값은 많이 올랐지만 막상 내용물보다 과자 충전재인 '질소'가 더 많이 들어있다는 지적이다.

삼성정밀화학은 최근 자사 블로그를 통해 질소를 둘러싼 오해와 진실에 대해 명쾌한 설명을 내놨다. 삼성정밀화학에 따르면 과자를 질소충전해야하는 이유는 크게 두 가지다.

먼저 질소기체를 충전해서 부서지기 쉬운 과자를 보호하기 위함이다. 질소 포장이 과한 경우가 몇몇 문제가 되고 있긴 하지만 실제로 감자칩과 같은 과자는 씹는 소리와 감촉이 맛을 좌우하는 특징이 있어 바삭한 감이 줄어들게 되면 맛이 없다고 생각하기 때문에 이를 보호하기 위해 기체를 충전하는 것이다.

두번째 이유는 과자 유통과정에서 일어나는 변질을 막기 위해서다. 일반적으로 과자는 유통기한이 길지만 산소와 만나면 맛이 변질될 가능성이 있다. 그래서 반응성이 떨어지는 기체로 채워서 산소로부터 직접적인 접촉을 방지시키는 것이다. 

과자 충전에 가장 적합한 기체는 내용물과 화학반응을 하지 않는 기체들로 아르곤, 네온, 헬륨과 같은 비활성기체가 적합하다. 그러나 이들 기체는 비용이 비싸기 때문에 상대적으로 구하기 쉬운 질소기체가 많이 쓰인다는 설명이다.

요리에도 이용되는 액화질소는 기체 상태의 질소를 초저온으로 만들어 고압에서 압축시킨 것으로 산소나 수소분자에 비해 안정적이어서 식품의 냉동·건조 또는 생체물질의 변성을막는 용도에 사용된다.

질소가 사용되는 또 다른 대표적인 예는 바로 자동차의 안전장치인 에이백이다. 에어백은 충돌사고 때 순간적으로 팽창하면서 운전자를 보호하는 역할을 한다. 충격이 가해졌을 때 풍선처럼 부푸는 기체가 바로 질소다.

에어백 속에는 질소화합물인 아지화나트륨(NaN3)가 들어있는데 충격을 받는 순간 에어백의 전기점화장치가 아지화나트륨을 폭발시켜 나트륨과 질소기체로 분해시키게 된다. 즉 순간적으로 질소기체가 방출되면서 에어백이 부풀어 오르게 되는 것이다.

삼성정밀화학은 질소에 대한 설명과 함께 액화질소의 특성을 한 눈에 볼 수 있는 재미있는 풍선 테스트 영상을 소개했다.

영상 속에서는 액화질소에 풍선을 넣는 실험이 진행된다. -195도인 액화질소에 풍선을 넣으면 풍선 속 공기의 온도가 급격히 낮아지면서 풍선이 수축하게 된다. 풍선은 고무이기 때문에 깨지지는 않지만 쭈글쭈글하고 바삭바삭해지는 모습을 볼 수 있다.

종잇장처럼 수축된 고무 풍선을 다시 상온으로 꺼내자 다시 풍선은 원래 모습대로 돌아오게 된다. 온도에 따라 부피가 변하는 '샤를의 법칙'을 액화질소 실험을 통해 보여주고 있다. 샤를의 법칙은 일정 압력에서 기체의 부피는 종류에 관계없이 온도가 1℃ 올라갈 때마다 0℃일 때 부피의 1/273씩 증가하게되는 법칙이다. 

한편 삼성정밀화학은 자사 블로그 '소통이와 화통이의 유쾌발랄 소재화학 이야기'를 통해 생활 속 소재화학에 얽힌 이야기를 쉽고 재미있게 설명하며 고객들과 소통하고 있다.