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최근 수정 시각 : 2024-12-18 15:59:04

액체질소

액화질소에서 넘어옴
파일:external/timewellness.files.wordpress.com/liquidnitrogenhealthland.jpg
1. 개요2. 성질3. 가격4. 일반인 판매5. 용도
5.1. 피부 질환 치료5.2. 갓 얼린 음식5.3. 오버클럭5.4. 가정용 냉각?5.5. 기타
6. 인체에 미치는 영향
6.1. 질식 위험6.2. 피부에 닿는다면
7. 각종 매체에서
7.1. 영화7.2. 드라마7.3. 게임7.4. 소설7.5. 만화/애니메이션

液 體 窒 素 / Liquid Nitrogen

1. 개요

액체 상태의 질소.

'액화질소'(liquified nitrogen)라고도 하지만 ' 액화석유가스'(LPG)와 같은 단어와는 달리 질소라는 물질이 개념적으로 반드시 기체여야만 하는 것은 아니기에 '액체질소'라고만 불러도 무방하다. 물론 대부분의 질소가 기체 상태이며 지구의 지표에서 액체질소는 존재하지 않기 때문에 항상 기체 질소를 액화해서 제작한다.

2. 성질

질소의 끓는점은 -196°C(77 K)로 액체질소는 1기압일 때 그 이하의 온도를 유지하고 있다. 일반적으로 구할 수 있는 액체질소는 보통은 -200°C 내외이며 드라이아이스(-78.5°C 이하)도 보통은 -80°C, 아무리 낮아봐야 -100°C 정도라는 것을 생각해보면 그나마 쉽게 구할 수 있는 물질치고는 극저온에 속한다. 더 차가운 액체헬륨은 -269°C(4K)이다.

가격이나 접근성도 이와 비슷하게 드라이아이스 같은 건 아이스크림 가게에서도 살 수 있고, 액체질소도 크게 비싸지 않다.(아래 문단) 액체헬륨은 액체질소의 20배 정도로 비싸다.

동식물의 생체 조직이나, 푸딩 같이 액체를 함유하고 있는 고체를 액체질소에 넣었다 빼면 깨뜨릴 수 있는 수준으로 얼어버린다. 유리와 같이 열팽창에 약한 고체에 부으면 불에 달군 유리를 물에 넣었을 때와 마찬가지로 산산조각 난다.

액체질소의 비열은 물에 비해 매우 낮다. 액체질소로 물을 얼리려면 자연 증발분을 생각하긴 해야겠지만 생각보다 많은 양의 액체질소가 소모된다. 이걸 재포집해서 액화시키려면 냉장고에 들어가는 HCFC냉매(또는 액체이산화탄소 냉매) 압축기 따위로는 어림도 없다.

밀도는 0.807g/ml이다. 1g/ml에 해당하는 물보다 약간 더 가벼운 정도. 다만 어느 정도 압축하면 비슷해지거나 오히려 더 무거워진다. 당연히 온도가 더 높아지면 0.8g/ml 이하로 가벼워진다.

또한 액체질소는 무색 투명하다.

3. 가격

액체질소는 1L당 500원 밖에 하지 않는다. 단순하게 말해서 생수보다도 싸다. 단 이것은 도매가 기준이며, 소매가는 1L당 2000원 정도이다. 그래도 에비앙 같은 고급 생수보다는 싸다.

액체질소가 이렇게 저렴한 이유는, 액체 질소가 근본적으로는 액체 산소의 부산물이기 때문이다. 액체산소는 로켓연료, 제강원료 등으로 널리 사용되는 물질으로, 특히 현대 제강법은 순수 산소를 필요로 하는데,[1] 공기중에서 산소를 따로 분리하는 가장 쉬운 방법이 공기를 냉각시켜 분리하는 것이다. 이때 비등점 차이로 인해 이산화 탄소와 아르곤이 먼저 액화되거나 응결되며, 그 다음에 영하 183℃에서 원하던 액체산소를 얻을 수 있다. 그리고 산소를 분리해내고 나면 영하 183℃로 냉각된 질소가 부산물로 남게 되는데, 질소의 비등점은 영하 196℃이므로 약간만 더 온도를 낮추면 액체질소를 얻을 수 있다. 포스코 같은 거대 제철소는 대부분 자체적으로 액체산소 생산설비를 갖고 있어서 부산물로 나오는 액체질소를 값싸게 공급한다. 공기 중 질소 비가 높아서 냉각할 때 액체 산소보다 훨씬 많이 나오는데 수요는 훨씬 적으니 그만큼 싸게 팔릴 수 밖에 없는 것. 단적으로 산소가 공기 중에 20%대인 반면 질소는 70%가 넘는다.

그런데 이 액체질소의 온도를 유지하면서 안전하게 보관하기 위한 전용 안전용기의 가격은 몹시 비싼데, 30리터짜리 액체질소 용기 하나가 150~220만원 가까이 한다. 평범한 병에 액체질소를 넣고 밀폐하면 터질 위험이 있는데, 액체질소용 용기는 뚜껑을 닫았을 때 최대한 온도를 유지하면서도 적정 질소기체 분압을 유지시켜 폭발하지 않으면서 동시에 소모를 최소화하는 구조로 되어 있다. 즉 단순한 밀폐 보온통이 아닌 꽤나 정밀한 기계라는 것. 급할 때는 스티로폼이 제일 좋고, 플라스틱 컵이나 종이컵을 두 개 정도 겹쳐서 써도 잠깐 동안은 괜찮다고 한다. #

4. 일반인 판매

고압가스 판매허가를 받은 사업자는 액체질소의 판매가 가능하다. 구매 자격에 대한 제한은 없어 일반인도 구매할 수 있다. 염산이나 황산은 법적으로 개인판매가 제한되어있는 것과 큰 차이를 보인다.

그리고 개인판매가 가능한 액체질소와는 달리 액체산소는 특정고압가스로 분류되어서 특정고압가스 사용신고를 하지 않은 일반인에게는 판매가 불가능하다.

그도 그럴게 액체질소는 불연성이라서 화재/폭발사고의 위험이 전혀 없는 반면[2] 액체산소는 인화성물질과 격렬히 반응하므로 화재/폭발사고의 위험이 상당히 높다.[3]

5. 용도

각종 공업이나, 연구 장비 냉각 등에 많이 쓰인다. 또한 요리[4]에 쓰기도 하고, 세포나 균주의 장기보관용으로 쓰기도 한다.

마술 쇼라든가 사이언스 쇼에서도 쓰인다. 장미꽃을 넣었다가 깨뜨리는 건 마술쇼에서는 흔한 소재.

5.1. 피부 질환 치료

흔히 말하는 냉동치료는 액체질소를 사용하는 것. 별거 없고 그냥 면봉에 적절한 액체 질소를 묻혀 살에다 대고 지진다. 증상에 따라 스프레이처럼 직접 뿌리기도 한다. 그럼 액체질소가 피부를 급격히 냉각시켜 내부에 환부를 괴사시킨다. 일부러 동상에 걸리게 하는 원리로 감염면을 괴사시키는 방식이라 매우 매우 아프다.[5] 티눈이나 사마귀 등의 치료에 쓰이는 방법. 몇몇 암수술에도 쓰이는데 암세포를 액체질소로 얼려 괴사시킨다는 개념은 위의 치료법과 원리가 같다.[6]

사마귀를 치료하다가 액체 질소를 이용한 시술을 두 세번을 받았는데도 사마귀 완치가 안된다 싶으면 다른 병원에 방문해 레이저 치료 상담을 받을 것을 권한다. 주사 마취와 번거로운 시술 과정 때문에 레이저 요법을 꺼리는 경우가 있지만, 액체 질소 시술을 받아 며칠 후 환부가 떨어져 나가고도 다시 난다 싶으면 레이저 치료를 받을 수도 있다. 자세한 얘기는 피부과 의사와 직접 상담하자.

5.2. 갓 얼린 음식

이걸로 아이스크림을 만들기도 한다. 생재료를 액체질소 조리통에 넣어서 얼리는데, 미리 냉동된 것이 아니기 때문에 신선한 재료를 갓 얼려먹는듯한 매력으로 먹는다는듯. 2014년 대한민국에서도 본격적으로 브알라를 필두로 이러한 액체질소 아이스크림 점포들이 우후죽순으로 생겨나기 시작했다. 이미 홍대 같은 곳에는 서로 다른 브랜드가 멀지않은 곳을 사이에 두고 입점할 정도이다.

액체질소를 그릇같은 곳에 부어둔 뒤 시중에 판매하는 아이스크림을 녹인 것이나 우유 등의 걸쭉한 음료를 스포이드로 빨아들여 액체질소에 한 방울씩 떨어뜨리면 한 방울 한 방울이 액체질소에 들어가자마자 급속도로 얼어서 구슬 아이스크림을 만들 수 있다고 한다.

뻥튀기 같은 구멍이 있는 과자에 찍어 먹으면 잠시동안 아이스 브레스를 쓸 수 있어서 용가리 과자라는 이름으로 유행하여 놀이공원이나 워터파크 등의 유원지에서 이 용가리 과자 가판대가 빠르게 늘어났으나 2017년 8월 3일, 한 초등학생이 용가리 과자가 담긴 용기에 조금 남아있는 액체질소를 마시고 위에 천공이 생긴 사고가 발생하는 바람에 식약청에서 식품에 액체질소를 첨가해 판매하는 것을 일체 금지시켜 용가리 과자를 판매하는 곳도 사라졌다. 기사

5.3. 오버클럭

파일:external/www.legitreviews.com/DS4H-LN2-Pulldown2.jpg
오버클럭으로 인한 열기를 액체질소로 냉각하는 방법도 있다. 결로 및 결빙 현상에 의한 수분이 생기므로 이에 대한 대책을 마련해둬야 한다. 값싸게 미술용 떡지우개[7]를 뭉쳐 틀을 만드는 경우도 있다. 액체질소를 다시 포집해 액화시키기는 불가능하니 사실상 소모성이라는 것도 큰 문제.

일부 부분만 과도하게 냉각되는 것도 생각해보아야 한다. 한 쪽에서는 엄청난 연산속도를 내면서 트랜지스터들이 초고온도를 내는 한편 다른 쪽에서는 액체질소로 초저온으로 냉각이 된다. 여기서 고온과 초저온을 오가는 어마어마한 온도 차이 때문에 열 팽창과 수축에 의해 물질이 받는 응력 역시 엄청난 수준이 된다. 이에 따라 CPU의 수명이 극단적으로 짧아진다.

금전적인 바탕이 필요한 대신, CPU의 오버클럭의 한계까지 도전할 수 있게 된다. 세계에서 유명한 오버클럭커들은 이 방법을 즐겨 사용한다. 일부 CPU의 경우 극저온 환경에서 뻗거나 오류가 나는 경우가 발생해 제조사에서 또다시 돈을 뿌려가면서 고치기도 한다. 2003년 경 펜티엄4[8]를 이용하여 5GHz 벽을 돌파한 적이 있었다. #[9] 현재는 AMD에서 자사의 CPU에 액체헬륨(-269℃)을 들이부어가며 8.43GHz를 찍은게 세계기록이다. FX 시리즈로 추정.

실사용이 아니라 기록 수립을 위한 극단적인 방법인 만큼, 당연히 일반인으로서는 이런 정도로까지 냉각할 필요는 없다. 그나마 수랭(水冷)이 성능 향상을 위해 시도할 수 있는 마지노선.

5.4. 가정용 냉각?

위에서 말했듯이 전문적으로 보이는 이름과는 달리 무척 싸기 때문에 에어컨 대신 이걸 쓰면 어떨까 생각이 들 수도 있다. 그런데 아래에서도 보듯이 아무런 전조증상 없이 질식사할 수 있으니 이를 주의해야 한다.

앞서 얘기한 대로 액체질소를 그냥 날려버리지 않고 액화해서 다시 포집해야 하는 것이 문제이다. 그냥 소모품으로 날려버린다고 하면 방 전체를 냉각시키기 위해 필요한 액체질소의 양은 수십 리터 이상이다.

차라리 드라이아이스가 훨씬 저렴하고 다루기 쉽다. 이놈은 전용 용기도 필요없다. 그냥 스티로폼 박스에 포장해서 준다. 질소와는 달리 질식에 대한 전조증상도 있어 상대적으로 안전하다. 물론 방안에 드라이아이스 덩어리를 그냥 놔두면 질식해버리므로 환기를 하든지 열교환기를 갖춰서 바깥에 빼두던지 하자.

더 저렴한 해법은 물의 증발잠열 냉각을 쓰면 된다. 물을 소모품으로 소모하면서 냉각하는거다. 관련 제품으로는 냉풍기가 있다. 다만 해당 문서를 보면 알겠지만 고온다습한 한국 환경에서는 이마저도 비효율적인 방법이다. 결국 종래의 방법처럼 에어컨이나 선풍기를 활용해 냉각을 하는 것이 가장 좋다.

5.5. 기타

2000년대 이후 스웨덴에서 매장과 화장과 수장 등 각종 장례법을 충분히 대체할 빙장이 개발되었다. 빙장에서는 시신이 들어있는 관을 꽁꽁 얼려버리는 액체질소가 사용된다. 매장하기엔 땅이 모자라고, 화장/수장은 환경오염의 문제가 있으니 이를 피할 수 있다. 다만 2015년 빙장을 처음 고안한 업체가 파산하면서 상용화에는 실패했다.

장수말벌 구제에도 유용하다. 장수말벌을 불태워서 구제하는 건 자극받은 말벌에게 쏘일 위험도 존재하거니와 화재 위험까지 대단히 높다. 게다가 말벌 잡겠다고 불을 사용했다가는 방화미수라고 신고들어와서 경찰이 출동할 수도 있다. 그 대신 액체질소를 사용하면 쏘이거나 화재 위험없이, 합법적으로 훨씬 안전하게 장수말벌을 잡을 수 있다. 액체질소를 장수말벌에게 살포 시 행동이 일시적으로 둔화되는데 이때 생포하면 된다. 다만 액체질소가 말벌을 죽이지는 않는지라 냉기가 사라지면 다시 활동적으로 변하니 후처리는 필수. 생포 후에는 발로 밟던지해서 마저 확인사살을 해주자.

장수말벌 뿐만 아니라 독사도 액체질소를 살포하면 일시적으로 행동이 둔화돼서 안전한 생포가 가능하다. 독사 역시 액체질소에 일시적으로 무력화될 뿐 죽지는 않는다. 냉기가 사라지면 다시 되살아나니 생포 후에는 독사의 머리를 잘라내야 한다.

초전도체의 냉각제로도 많이 사용된다. 사실 현재 등장한 고온초전도체 중에는 임계온도가 드라이아이스로 달성할 수 있는 온도인 것도 존재하지만 가공 및 성형(재료의 물성이 세라믹, 즉 '도자기'다.)이 힘들고 액체질소는 액체인 만큼 펌프로 순환시킬 수 있기 때문에 계속 사용중이다. 아직까지는 액체이산화탄소 같은 일반적인 냉매로 달성 가능한 온도에서 초전도 현상을 일으키는 물질이 없다. 초전도의 세계에서는 우리에겐 상상도 못할 만큼 차가운 액체질소조차도 매우 뜨거운 냉매인 셈.

그리고, 참 많은 인간이 살아가는 세상답게 이 액체질소도 정말 상상치도 못한 곳에서 사용되곤 한다. 냉각이나 치료용이 아니라 그냥 갖고 노는 용도로 많이들 쓰는데, 유튜브에 액체질소를 쳐보면 온갖 물건을 얼리는 영상을 볼 수 있고, 이거 하나 가지고 별 이상한 짓을 다 한다. 거기에 영미권 유튜브로 넘어가면 정말 기상천외한 방법으로 액체질소를 갖고 놀고 있는 모습을 볼 수 있다. 얼어버린 결과물이 꽤 인상적이고 가격 자체도 그리 비싸지 않아서 컨텐츠로 써먹기엔 제격이기 때문.

건축용으로도 사용되었다. 부전-마산 복선전철 낙동강 지하터널이 공사 중 붕괴사고를 일으킬 정도로 연약지반인 탓에 지반을 액화질소로 얼려 공사를 한다고 한다. 링크

6. 인체에 미치는 영향

6.1. 질식 위험

액체질소가 기화하면 질소가 되는데, 질소는 분자 레벨에서는 인체에 피해를 주지않는 무독성 기체[10]이고, 지구 대기 중에서는 78% 정도를 차지하는지라, 액체질소 취급 시에는 방독면을 착용할 필요는 없다.

하지만 방 안에 액체질소가 기화하여 질소로 꽉 차게 되면 산소가 없어지기 때문에 점점 졸려지다가 영원히 자게 된다. 기화 속도도 무지 빠른데다 부피도 말 그대로 폭발적으로 증가해서, 관련 사고 사례도 많다. 화학과 실험안전수업에서는 액체 질소에 대한 이야기가 꼭 나올 정도. 엘리베이터에 사람과 같이 타면 안된다든지, 사용시엔 문을 열어둬야 한다든지... 그냥 시도도 하지 않는 게 이롭다.

실제로 2013년 멕시코의 한 수영장에서 파티 분위기를 내기 위해 액체질소를 부었다가 참가자들이 단체로 질식하는 사례도 있었고, 질소가스가 공업에 자주 쓰이기 때문에 잘못 다루다가 질식사 하는 사람들이 매년 꼭 나온다. 미국에서는 어느 은퇴한 과학교사가 자살도구로 만들어서 팔다가 잡히기도. 사형에 도입하여 인도적인 사형을 하자는 주장도 있지만, 사로잡힌 유기견/유기묘들이나 살처분될 가축 등을 안락사 시키는 정도에 간혹 쓰일 뿐 아직까지 사람 대상으로 도입된 전례는 없다.

이산화탄소는 우리의 호흡 과정에서 빼놓을 수 없는 기체라서 뇌 속의 연수에서 이산화탄소의 농도를 감지하여 어지럼증 등으로 몸에 위험 신호를 보낸다. 하지만 질소나 헬륨 등의 기체는 우리의 몸이 인식을 하지 못해 전혀 그러한 전조 증상이 없으므로 더욱 주의해야 한다.

6.2. 피부에 닿는다면

액체질소를 이용한 아이스 버킷 챌린지.
1분 45초 경부터 보면 된다.
아주 잠깐[11]이라면 액체질소 속에 손을 넣었다 빼도 문제가 없다. 체온에 의해 급격히 끓어버린 기체 상태의 질소가 단열재 역할을 해서 손을 보호해주기 때문. 이는 라이덴프로스트 효과(Leiden-Frost)라고 부른다. 그러나 함부로 사람에게 뿌려서는 안된다. 사실상 염산이나 위험도가 비슷한 수준. 앞에서 말했듯 피부에 잠깐 닿는 정도라면 문제가 없지만, 장갑이나 옷등의 섬유에 묻은 채로 라이덴프로스트 효과가 일어나지 않을 정도로 차가워진 뒤 '스며들게' 되면 즉시 동상에 걸려 피부가 괴사하기에 매우 위험해진다. 또한, 0.1초씩 20회 연속 액체질소에 손을 넣었다 빼는 것을 반복하는 것보다도 2초 동안 넣었다 빼는 게 더 위험하다. 아니, 2초는커녕 1초라도. 영상 속의 남성이 액체 질소를 머리에 부은 후 머리와 옷을 휘저어서 액체 질소를 털어내는 게 그 이유. 특히 위험한 게 액체질소를 뿌리는 게 아닌 담겨져있는 액체질소에 몸을 넣는 행위인데 이 경우 신체 조직이 빠른 속도로 얼어버리며 이 상태로 충격이 가해지면 산산조각난다.

비슷한 것으로 뜨거운 조리 기구를 실로폰 치듯 톡 치면 오히려 열보다도 충격이 더 크게 느껴진다. 물론 불에 직접 닿는 것이라면 0.1초라도 꽤 아프며 1도 화상의 가능성이 있다. 끓는 물 역시 0.1초라도 닿으면 몸에 물이 묻기 때문에 마찬가지로 위험하다.

피부가 동상을 입어 괴사하는 것을 이용하여 피부과에서는 사마귀 등을 냉동치료 하기도 한다. 구더기를 통해 치료하는 것과 같은 원리인데, 어차피 감염되어서 제거해야 하는 조직이기 때문.

결론적으로 피부에 닿는다면 심각한 동상을 입으므로 손대지 말고, 저 영상도 그냥 절대 흉내내지 말 것.

7. 각종 매체에서

이 문서에 스포일러가 포함되어 있습니다.

이 문서가 설명하는 작품이나 인물 등에 대한 줄거리, 결말, 반전 요소 등을 직·간접적으로 포함하고 있습니다.


매체에서는 의외로 무기로 쓰이는 묘사가 많다. 상대를 얼려서 꼼짝 못하게 하거나, 나아가 얼려진 상태에서 파괴하여 더 강한 피해를 입히는 식으로 쓰인다.

7.1. 영화

7.2. 드라마

7.3. 게임

7.4. 소설

7.5. 만화/애니메이션

[1] 전로에서 강철의 탄소 함유량을 줄이는 데 쓴다. 순산소로 용강 속의 탄소를 태워 (정확히는 모조리 산화시켜 이산화 탄소로 만들어서) 없애는 것이다. 철도 함께 산화되지만 산화철은 고체기 때문에 용광로에서 고열로 녹여 산소 원자를 떼어내 액화철로 만든다. [2] 액체질소로 할 수 있는 것은 뭔가를 냉동시키는 일 뿐이다. 물론 이것도 사고 위험이 있지만 폭발이나 화재보다는 통제하기 쉽다. [3] 염산이나 황산 역시 매우 위험한 독극물이라서 인체에 치명적인 피해를 줄 수 있다. [4] 특히 분자요리. [5] 치료 전에 마취 크림을 바르긴 하지만 효과가 전혀 없이 느껴질 정도로 아프다. [6] 암세포가 정상세포에 비해 열이나 냉기에 상대적으로 취약하다는 점을 이용한 것이다. 액체질소로 순간 냉각을 시켜도 정상세포는 견뎌내거나 비교적 적게 피해를 입지만 암세포는 파괴가 된다. [7] 학창 시절에 지우개가루 뭉치면 찰흙처럼 되는걸 완제품으로 실제로 판매한다. [8] 노스우드 C로 추정. [9] 실외에서 CPU뿐만 아니라 메인보드의 노스브리지 칩셋도 컴프레셔로 냉각시키면서 테스트 하였다. 5GHz 돌파시 CPU 코어온도는 -196℃, 노스브리지 칩셋온도는 -38℃를 기록하였다. 물론 테스트 중간중간에 액체질소를 보충하였다. [10] 애초에 기체 질소 분자는 일반적인 상황에서는 화학반응을 잘 일으키지 않는다. [11] 0.1초 이하. 다만 1초만 넘어가도 동상에 걸리기 쉬워진다. [12] 초재생능력 문서의 상단에서 두 번째 움짤이 바로 액화질소가 떨어지자마자 샷건을 씹고 재생하는 장면. [13] 사실 멀쩡한 상태는 아니었다. 감독판을 보면 이어지는 장면에서 신체부위가 제멋대로 주변 환경과 동화되는 등 손상을 입었다는 걸 보여주는 연출이 나오는데, 극장 상영판에서는 생략되었다. [14] 물과 반응하면서 증기 수준의 연기를 내뿜는데, 이게 주성분이 수소다.

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