이 영상은 캘리포니아 대학교 산타 바바라 캠퍼스 화학 공학 박사 과정생이 투고한 원고를 바탕으로 사물궁이 잡학지식이 재구성에 제작한 콘텐츠임을 알립니다.

콩알탄은 모래나 톱밥, 종이가루 등을 소량의 화약과 함께 얇은 종이에 돌돌 감싸 만든 장난감입니다.

문방구에서 구매할 수 있고 제품을 던져서 충격을 주면 화약이 급격한 화학 반응을 일으키면서 소리를 내 폭발합니다.

그 모습이 마치 폭탄과도 같아서 여러 개를 모아 한꺼번에 터뜨리면 위력도 폭탄 같을지 궁금증이 생깁니다.

사실 검색해보면 직접 실험한 영상을 올린 사람들이 많습니다.

결과를 보면 모아놓고 터트려도 연쇄적으로 터지지 않을 뿐더러 많이 터트려도 위협적이지 않습니다.

왜 기대했던 결과가 나오지 않은 걸까요?

콩알탄에 사용하는 물질은 뇌관용 은과 뇌관용 수은입니다.

이들은 화학적으로 불안정해서 마찰이나 열, 충격 등이 가해지면 쉽게 폭발합니다.

쉽게 폭발하는 이유는 풀민산 이온이 불안정하기 때문인데, 구성 원전은 동일하나 성질이 다른 시아네이트 이온과 비교해 보면 그 이유를 알 수 있습니다.

일단 두 이온 모두 탄소와 질소, 산소가 하나씩 결합되어 만들어집니다.

그런데 풀민산 이온은 산소, 질소, 산소의 순서로, 시아네이트 이온은 질소, 탄소, 산소의 순서로 결합되어 있습니다.

중요한 점은 시아네이트 전자 배치는 안정적이나 풀민산 이온의 전자 배치는 불안정하다는 건데 일반적으로 전자가 밀집한 곳은 다른 물질과 쉽게 반응하거나 스스로 붕괴할 수 있어 불안정합니다.

두 이온의 전자 분포 상황을 이해하기 쉽게 그림으로 표현해 보면 위와 같고 시아네이트 이온은 공명 구조를 형성하면서 풀민산 이온에 비해 상대적으로 고른 전자 분포를 만들어냅니다.

또한 전기 음성도가 큰 산소에 전자가 밀집해 있어 상대적으로 안정적입니다.

반면 풀민산 이온은 전자를 분산시키지 못하고 탄소와 산소의 전자가 밀집해 있고 불안정합니다.

이해하기 쉽게 풀미 네이트는 탄소와 산소에 불안정한 지역이 있고, 시아네이트는 n 산소에 불안정한 지역이 있어서 불안정한 지역이 더 많은 풀미네이트의 자극이 가해지면 쉽게 화학 반응이 일어납니다.

또한은 또는 수은과 이온 결합하면 풀미네이트 화합물은 전자가 많은 산소가 외부로 노출되는 반면, 시아네이트 화합물은 산소가 금속 이온과 결합하면서 외부로 노출되지 않아 더욱 안전하게 됩니다.

이러한 이유로 풀미네이트 화합물에 자극이 가해지면 쉽게 화학 반응을 일으켜 빠르게 열을 내며 부피가 팽창합니다.

또한 팽창되는 속도가 음속보다 빨라서 충격파가 발생해 큰 소리를 내며 폭발합니다.

그리고 폭발할 때 발생하는 화학 반응을 살펴보면 네 가지의 화학 반응이 있는데, 풀미네이트 수은이 화약으로 쓰인 경우 흡입, 접촉, 섭취 시 심각한 건강 문제를 일으키는 수은이 발생할 수 있으니 내용물을 만지는 건 권장하지 않습니다.

또한, 소량의 화약이 가능성은 낮으나 순간적으로 많은 열을 방출하므로 화상의 위험이 있고 발열 반응도 있어서 인화성 가스나 불꽃, 연기 등에서 터트리면 화재 위험성이 있으니 주의 바랍니다.

그렇다면 왜 콩알탄을 한꺼번에 모아서 터트려도 큰 효과가 없는 걸까요?

일반적으로 폭발성이 있는 물질을 많이 모아두면 작은 충격에도 폭발할 확률이 증가하고 더 큰 충격을 만들어내는 것이 상식입니다.

이는 물질 중 일부의 충격이 가해져 폭발이 일어났을 때 주변의 충격이 전해져 연쇄적으로 폭발이 일어남으로 그렇습니다.

하지만 콩알탄은 화약 외에도 모래나 톱밥 등을 함께 넣는다고 했습니다.

이것들의 역할은 완충제로, 화약으로 수입 물질이 워낙 불안정해서 아무 때나 폭발하는 상황을 막기 위함이고 폭발이 일어난다고 하더라도 연쇄적으로 폭발이 일어나는 것을 막기 위함입니다.

또한 해당 물질은 흔히 알려진 같은 질량에 다른 폭발물과 비교해도 폭발 에너지가 0.4에서 0.5배 정도 낮습니다.

이는 풀민을 포함한 물질이 1차 폭발물이라서 그런 건데, 1차 폭발물이 외부의 마찰이나 충격 등의 자극으로 인해 폭발이 시작됐을 때 열과 빛 등의 형태로 에너지를 빠르게 방출하는 물질을 말하고, 폭발 에너지는 크나 쉽게 폭발하지 않는 2차 폭발물의 에너지를 전달하는 용도로 쓰입니다.

그래서 1800년대에는 다이너마이트 또는 후장식 총포의 뇌관으로 사용되기도 했는데, 가격도 비싸고 수은 중독이 발생해 건강에 좋지 않아 다른 화학 물질로 대체됐습니다.

콩알탄을 모아서 터뜨리면 폭탄이 될까?

『사소해서 물어보지 못했지만 궁금했던 이야기(사물궁이)』를 다루고 있습니다. 과학적인 내용과 잡학적인 내용이 주를 이루고 있습니다.

- 2015년 '스피드웨건'이라는 필명으로 페이스북 페이지 운영을 시작했고, 사물궁이는 당시 다루던 여러 콘텐츠 시리즈 중의 하나였습니다. 글 콘텐츠로 여러 플랫폼을 전전하다가 2019년 1월 유튜브에 영상을 처음 올리게 됐고, 지금까지 메인 플랫폼으로 활동 중에 있습니다.

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