부동액이란?

날이 추워지기 시작하면 차도 겨울을 날 준비를 해야 된다. 요즈음에는 4계절 부동액이 있어서 겨울마다

부동액을 새로 교환할 필요는 없다. 자동차 회사는 부동액을 2년마다 교환하는 것을 추천하지만

엔진 상태에 따라 교체주기가 더 빨라야 할 경우도 있다. 부동액은 엔진 혹은 부속장치들이 과열되어

망가지는 것을 방지해 주는 화학물질이다. 엔진을 공기로 식히는 방법도 있지만 부동액을 사용하면

공기보다 효율적인 열 흡수가 일어날 것이다. 모두가 경험하여 알고 있듯이 뜨거운 물체와 차가운 물체가

접촉이 되면 열은 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 전달된다. 만약에 그 반대의 현상이 일어난다면 세상이

존재하지 않았을 것이다. 이번에는 부동액의 성분과 기능에 대해서 알아보자.

부동액은 어떤 성분으로 구성되어 있을까? 부동액은 물과 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 섞어 만든 혼합용액이다. 물은 부동액의 주성분으로 사용하기에 좋은 물질이다. 그 이유는 물이 물질 중에서 비열이 가장 큰 액체 중 하나이기 때문이다. 비열이 크다는 말은 다시 말해서 다른 물질에 비해 같은 양으로 더 많은 열을 흡수할 수 있다는 것이다. 또한 유동성이 좋아서 온도가 높은 엔진 내부로부터 냉각 코일 혹은 호스 사이를 순환시키기에도 적합한 물질이다. 그러나 물은 겨울철에 영하로 온도가 내려가면 얼게 되고, 그것을 담고 있는 용기는 견디지 못하고 부서진다. 겨울에 땅에 깊이 묻지 않은 수도관이 터지는 것도 같은 이유이다. 물은 얼게 되면 부피가 팽창하는 화학물질이므로 엔진 혹은 호스가 부피 팽창만큼을 흡수하지 못한다면 부서져 버릴 것이다. 그러므로 얼지 않는 액체를 만들려면 다른 성분을 첨가하는데 그것이 바로 에틸렌글리콜이다. 단순히 엔진의 열을 식혀주는 냉각의 기능만 있다면 냉각수라 불러야 될 것 같은데, 부동액(不凍液)이라 부르는 것도 얼지 않는다는 의미를 강조한 것이라 여겨진다.

부동액은 물과 에틸렌글리콜을 섞어 만든

혼합용액이다.

<출처: (cc)Hamedog at Wikipedia.org>

에틸렌글리콜(HOCH₂CH₂OH)은 매우 간단한 구조를 하고 있는 유기화합물이다. 2개의 탄소 각각에

OH가 1개씩 결합되어 있는 에틸렌글리콜은 단맛이 난다고 알려져 있다. 보통 여러 개의 탄소(C)

원자로 결합된 유기화합물 중에 OH가 많이 붙어 있는 분자들은 단맛이 나는 것이 보통이다.

우리 주변에서 흔히 보는 글리세린, 포도당, 과당, 설탕의 분자들도 탄소마다 OH가 결합되어 있다.

그러므로 에틸렌글리콜도 단맛을 낼 것이라 생각하는 것은 자연스럽다. 그러나 절대로 단맛을

확인하려 해서는 안 된다.

왜냐하면 에틸렌글리콜은 독성이 크기 때문이다. 몸에 흡수된 에틸렌글리콜은 대사과정에서

글리코릭산 혹은 더 나아가 옥살산으로 변한다. 혈액에 이들 산의 농도가 증가하면 목숨을 잃을 수

있기 때문이다. 에틸렌글리콜로 인해서 심장 발작이나 급성 신장기능 이상이 발생한다. 동물들은

에틸렌글리콜의 단맛 때문에 설탕물처럼 생각하고 치사량 이상으로 마시는 경우가 종종 발생한다.

특히 어린이들이 호기심에서 음료로 착각하고 마시지 않도록 특별히 주의를 해서 보관하는 것이

필요하다. 실제로 어린아이가 부동액을 단맛이 나는 음료인 줄 알고 마셨다가 큰일이 난 사고도

있었고, 자동차에서 새어 나온 부동액을 핥아 먹고 죽은 동물도 있다.

공업적으로 생산되는 에틸렌글리콜 대부분은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate,

보통 PET, 혹은 PETE로 줄여서 사용)를 합성하는 데 많이 사용된다. PET는 합성섬유는 물론 페트병으로

알려진 각종 음료의 용기를 만드는데 사용되는 플라스틱이다. 부동액으로 사용하는 분량은 플라스틱

분량에 비해 매우 적은 편이다. 에틸알코올도 부동액으로 사용할 수 있다. 에틸렌글리콜의 OH를 H로

변환하면 에틸알코올(CH₃CH₂OH)이 되며, 술의 원료가 되는 화학물질이다.

순수한 에틸렌글리콜을 부동액으로 사용하는 것도 불가능하지는 않지만 좋은 선택은 아니다. 순수한 에틸렌글리콜의 어는 온도는 영하 12^oC 밖에 되지 않기 때문이다. 에틸렌글리콜과 물을 혼합한 액체의 어는 온도(어는 점)는 혼합비율에 따라 달라진다. 물을 섞으면 에틸렌글리콜의 수소결합이 방해를 받아서 어느 점이 내려간다. 예를 들어 에틸렌글리콜의 양이 70%, 물이 30%로 혼합된 액체의 어는 점은 최대 영하 50^oC 정도이다. 물과 에틸렌글리콜의 비율을 1:1로 맞춘 부동액은 영하 35~40^oC 정도 된다. 우리나라 정도의 기온에서는 별 무리 없이 사용할 수 있는 부동액이다.

부동액에는 물과 에틸렌글리콜 이외에도 여러 종류의 첨가제가 포함되어 있다. 부동액을 담는 냉각장치의 부식 방지를 위해서 대개 부식방지제를 첨가한다. 장치가 부식되어 각종 물질 덩어리들이 떨어져 나오면 냉각효율이 떨어지기 때문이다. 또한 부동액이 변질되어 산성으로 변하는 것을 억제하기 위한 알카리 성분도 포함된다. 에틸렌글리콜이 산화되어 부동액이 산성으로 변한다. 그 결과 금속으로 만들어진 냉각장치의 부식이 촉진된다. 알카리 성분을 첨가하면 산성화로 되는 것을 어느 정도 방지할 수 있다. 첨가되는 물질은 다 이유가 있는 셈이다.

에틸렌글리콜 대신에 프로필렌글리콜(HOCH(CH₃)CH₂OH)도 부동액으로 사용한다. 에틸렌글리콜의 한 개의 탄소에 결합된 H 대신에 CH₃가 결합되면 프로필렌글리콜이 된다. 에틸렌글리콜보다는 독성이 덜 하다. 무해(non-toxic)하다고 표시된 부동액은 프로필렌글리콜 성분이 포함되어 있는 경우가 많다.

에틸렌글리콜의 중량비에 따른 어는점

변화. 에틸렌글리콜과 물을 혼합한

액체의 어는 온도(어는 점)는 혼합비율에

따라 달라진다. 물을 섞으면

에틸렌글리콜의 수소결합이 방해를

받아서 어느 점이 내려간다.

집 혹은 식당에서 열교환 액체가 들어 있는 장치는 보통 프로필렌글리콜을 부동액으로 사용하여

안전성을 높인다. 우연히 사고가 나서 배관이 터진다 해도 화학물질 독성으로 인한 피해를

감소시킬 수 있기 때문이다. 외부로 노출되는 경우 혹은 그러한 목적으로 사용되는 부동액은 무독성인

것을 사용해야 된다. 겨울철에만 부동액이 필요한 것이 아니다. 여름철에도 엔진을 식혀주기 위해서

부동액이 필요하다. 에틸렌글리콜을 물과 섞으면 에틸렌글리콜의 양에 비례해서 끓는점(boiling point)이

높아진다. 끓는점이 높은 부동액을 사용하면 기체나 거품의 발생이 줄어드는 효과를 볼 수 있다.

기체나 거품이 포함된 부동액은 열전달 효율이 떨어져 냉각 효율도 떨어진다.

기온에 맞춰 혼합비율을 조절할 것

4계절 부동액이 나온 이후에는 겨울철마다 새 부동액으로 교체하는 일은 없어졌다. 그러나 자동차를

운행하는 지역의 기온에 맞추어서 물과 에틸렌글리콜의 혼합비율을 적절히 조절하여 사용하는 지혜가

필요하다. 너무 많이 사용해서 낭비한다면 그것은 경제적으로 혹은 환경에도 좋지 않은 결과를 초래하기

때문이다. 혈액은 다른 기능도 포함하고 있지만 인체가 얼지 않도록 혹은 과열이 되지 않도록 해주는

인체 부동액이다. 자동차도 인간의 혈액처럼 잘 만들어진 부동액으로 채운다면 성능도 좋아질 것 같다.