[재미난 융합과학 이야기] ⑨ 휴대용 가스를 사용하면 왜 가스통이 차가워질까?

뷰테인 액체, 무겁고 비등점 높아
액체 →기체 변할 때 열에너지 흡수

휴대용 가스통에 들어 있는 물질의 주요 성분은 뷰테인(부탄)이다. 뷰테인의 분자구조는 C4H10으로, 파라핀계 탄화수소의 하나이다. 천연가스 속에도 포함돼 있으며, 프로판과 마찬가지로 액화석유가스의 주성분이다.

뷰테인은 탄화수소 중 탄소수가 4개로 분자량이 많은 가스이기 때문에 발열량은 프로판보다 높지만 가스가 무겁고 비등점이 영하 5도로 높은 편이다. 다시 말하면 뷰테인의 경우, 상온에서는 기체 상태로 존재한다는 것이다. 이에 뷰테인 기체에 압력을 가해 액체로 만들어 사용하는데, 이것이 휴대용 가스이다.

휴대용 가스통을 가스레인지에 연결한 후 밸브를 열면 가스통 입구 부분의 압력이 낮아지므로 액체 뷰테인이 기체로 변해 통 밖으로 빠져 나온다. 액체 뷰테인이 기체로 변할 때는 주변에서 열에너지를 흡수하므로 가스통 주변의 온도는 점점 낮아지게 된다. 또 기체의 부피가 갑자기 팽창하면 가스통과 주변의 온도가 더 낮아진다. 이런 이유 때문에 휴대용 가스를 사용하면 가스통이 점점 차가워지고, 주변의 수증기가 가스통 표면에서 액화 되어 물방울이 생기기도 한다.

날씨가 차가운 겨울에 바깥에서 휴대용 가스레인지를 사용하기 어려운 까닭은 액체 뷰테인이 기체로 변하는 데 필요한 열에너지가 부족하기 때문이다. 즉 일반 가스버너는 휴대용 가스통에 있는 가스가 연소기를 지나면서 기화되고, 기화된 가스에 불이 붙는 식으로 연소가 일어난다. 하지만 주변 온도가 낮으면 비등점이 높은 가스는 기화되지 못하고 액체상태로 있기 때문에 가스압력이 약해져 불꽃이 작아지게 되는 것이다.

가정에서 사용하는 살충제에도 분사를 돕기위해 뷰테인이 혼합돼 있으며, 살충제도 많이 분사하면 기화가 많이 일어나 통이 차가워진다.

미래엔 올리드 과학팀