액체질소

경고! 이 물질은 위험 물질입니다.

이 문서에서 설명하는 물질을 섭취 및 복용하거나 함부로 취급할 경우 인체에 심각한 피해를 초래할 수 있으므로 각별히 주의해야 합니다.

1 개요

液體窒素
liquid nitrogen

액화된 질소.

1기압에서 액체 헬륨의 끓는점은 섭씨 -269도, 액체 질소는 -196도인데 가격 차이가 20배나 난다. 액체질소는 리터당 500원밖에 안 하기 때문에 각종 공업이나, 연구 장비 냉각, 마술 쇼라든가 사이언스 쇼에서 많이 쓰인다. 여름에 에어컨 대신 액체질소를 사용하는 게 더 저렴할 정도. 근데 이 싸고 좋은 걸 안 쓰는 이유는 이 액체질소를 안전하게 보관하기 위한 전용 안전용기 가격이 몹시 비싼지라… 만약 진지먹고 가정에서 쓴다고 하면 앞의 질식 문제도 있고, 집집마다 이런 비싼 용기를 구비하고 LPG 가스 배달하는것마냥 주기적으로 충전을 받아야 할 것이다. 여기 들어갈 운송료를 생각해 보자(...).

또한 요리에 쓰기도 하고, 세포나 균주의 장기보관용으로 쓰기도 한다. 물 등 액체가 함유되어 있는 고체를 액체질소에 넣었다 빼면 깨뜨릴 수 있는 수준으로 얼어버린다. 장미꽃을 넣었다가 깨뜨리는 건 마술쇼에서는 흔한 떡밥. 유리와 같이 열팽창에 약한 고체에 부으면 불에 달군 유리를 물에 넣었을 때와 마찬가지로 산산조각 난다.

액체질소가 저렴한 것은, 근본적으로는 액체산소의 부산물이기 때문이다. 액체산소는 로켓연료, 제강원료 등으로 널리 사용된다. 특히 현대 제강법은 순수 산소를 필요로 하는데, 공기중에서 산소를 따로 분리하는 가장 쉬운 방법이 공기를 냉각시켜 분리하는 것이다. 이때 비등점 차이로 인해 이산화탄소와 아르곤에 이어 산소까지 차례로 액화되어 분리되고 나면, 영하 183℃로 냉각된 질소가 부산물로 남게 된다. 질소의 비등점은 영하 196℃이므로 약간만 더 온도를 낮추면 액체질소를 얻을 수 있다. 포스코 같은 거대 제철소는 대부분 자체적으로 액체산소 생산설비를 갖고 있어서 부산물로 나온 액체질소를 값싸게 공급한다. 액체산소를 만들 때 나오긴 나오는데 액체산소에 비해 수요가 없으니 그만큼 싸게 팔릴 수 밖에 없는 것.

액체질소를 이용한 아이스 버킷 챌린지(...)
1분 45초 경부터 보면 된다.
그는 냉동 인간이 되었다.
아주 잠깐이라면 액체질소 속에 손을 넣었다 빼도 문제가 없다. 체온에 의해 급격히 끓어버린 기체 상태의 질소가 단열재 역할을 해서 손을 보호해주기 때문. 라이덴프로스트(Leiden-Frost) 효과라고 부른다. 그러나 함부로 사람에게 뿌려서는 안된다. 앞에서 말했듯 피부에 잠깐 닿는다면 문제가 없지만, 장갑이나 옷등의 섬유에 묻은 채로 라이덴프로스트 효과가 일어나지 않을 정도로 차가워진 뒤 '스며들게' 되면 위험해진다. 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. 매우 아프다. 티눈이나 사마귀 등의 치료에 쓰이는 방법. 몇몇 암수술에도 쓰이는데 암세포를 액체질소로 얼려 괴사시킨다는 개념은 위의 치료법과 원리가 같다.

참고로 액체질소의 비열은 물보다 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 없고, 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 의외로 에어컨이다. 아니면 에어컨이 왜 팔리겠어? 에어컨은 냉매를 압축하는데 들어가는 전기에너지가 많으므로 굳이 대단한 냉각성능이 필요없으면 물의 증발잠열 냉각을 쓰면 된다. 물을 소모품으로 소모하면서 냉각하는거다. 흐르는 물을 공짜로 쓸 수 있는 곳이라면 선풍기 수준의 전기료로 에어컨급 냉각성능을 달성할 수 있다. 만드는 방법은 에어컨 항목에 설명.

2 용법

액화질소를 이용한 컴퓨터 냉각 시스템도 있다. 냉각효과는 최상급이라 오버클럭같은 것을 해도 냉각이 되어서 과열이 일어나는 일이 없다. 단점으로, 과열돼서 부품에 불이 붙어 연기가 풀풀 뿜어져나오는 것처럼 보이는 착시현상이 있다.

한 예로 2003년경에 펜티엄4를 이용하여 5GHz 벽을 돌파한 적이 있었다. 실외에서 CPU뿐만 아니라 메인보드의 노스브리지 칩셋도 컴프레셔로 냉각시키면서 테스트 하였다. 5GHz 돌파시 CPU 코어온도는 -196℃, 노스브리지 칩셋온도는 -38℃를 기록하였다. 물론 테스트 중간중간에 액체질소를 보충하면서 말이다.

하지만 액화질소 자체가 소모성 물질이며, 액체질소를 사용할경우 너무 극단적인 쿨링이 발생한다. 좀 더 상세하게 설명하면 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. 이쯤 되면 CPU가 멀쩡하면 그게 더 이상하다. 덕분에 이 짓을 하면 CPU의 수명이 극단적으로 짧아지기 때문에 상당한 돈지랄 금전적인 바탕이 필요한 대신, CPU의 오버클럭의 한계까지 도전할 수 있게 된다. 세계에서 유명한 오버클럭커들은 이 방법을 즐겨 사용한다. 일부 CPU의 경우 이런 실험을 하는 도중 초저온에서 에러가 나는 경우가 발생해 제조사에서 또다시 돈을 뿌려가면서 고치기도 한다. 사실상 일반인에게는 의미없는 성능향상이라고 보면 된다.
또한 이런 냉각방식을 실제로 해보려면 결로 및 결빙현상때문에 방수대책 역시 생각해 두어야 한다. 작동중인 컴퓨터에 습기가 차면 당신의 안구에도 덩달아 습기가 찰것이다. 값싸게 미술용 떡지우개(학창시절에 지우개가루 뭉치면 찰흙처럼 되는걸 완제품으로 실제로 판매한다)를 뭉쳐 틀을 만드는 경우도 있다.

애초에 컴퓨터 냉각용으로 최고의 솔루션은 수냉이다. 애초에 수냉 솔루션은 CPU와는 비교도 할 수 없이 뜨거운 열을 방출하는 엔진의 쿨링 솔루션으로 도입돼있는 물건이다. 히트파이프와 구리 재킷, 고성능 서멀구리스를 사용해 CPU의 열을 쿨링 재킷에 빠르게 퍼뜨려주는데만 신경써주면 나머지는 물이 다 해준다. 단점은 상온 이하의 온도로 냉각이 불가능하다는 것인데 CPU를 극저온냉각한다고 초전도체가 되지는 않으니 거기까지 냉각해야 할 이유가 없다.

초전도체의 냉각제로도 많이 사용된다. 사실 현재 등장한 고온초전도체 중에는 임계온도가 액체질소의 비등점보다 훨씬 높은 것도 존재하지만, 액체질소만큼 효율적인 냉각제가 없는 관계로 계속 사용중이다(현재까지 고온 초전도체의 임계온도는 일반적인 냉매로 얻을 수 있는 온도보다는 여전히 매우 낮다…).

이걸로 아이스크림을 만들기도 한다. 생재료를 액체질소 조리통에 넣어서 얼리는데, 미리 냉동된것이 아니기 때문에 신선한 재료를 갓 얼려먹는듯한 매력으로 먹는다는듯. 2014년 대한민국에서도 본격적으로 브알라를 필두로 이러한 액체질소아이스크림 점포들이 우후죽순으로 생겨나기 시작했다. 이미 홍대같은곳에는 서로 다른 브랜드가 멀지않은곳을 사이에 두고 입점할 정도.

액체질소를 그릇같은 곳에 부어둔 뒤 시중에서 판매하는 3색 아이스크림을 녹여서 한 방울씩 떨어뜨리면 한 방울 한 방울이 액체질소에 들어가자마자 얼어서 구슬아이스크림을 만들 수 있다고 한다.
과자같은것에 찍고 먹으면 잠시동안 아이스 브레스를 쓸수 있다

농도가 높아질 경우 질식사의 위험이 있다.사실 어느 기체든 농도가 높아질 경우 질식사고가 일어나게 돼 있지만, 질소가스는 공업에 자주 쓰이기 때문에 사고로 인해 질식사 하는 사람들이 매년 꼭 나온다. 미국에서는 어느 은퇴한 과학교사가 자살도구로 만들어서 팔다가 잡히기도 (...) 사형에 도입하여 인도적인 사형을 하자는 주장도 있지만 아직까지 도입된 전례는 없다. 이산화탄소 질식의 경우에는 구토감 등으로 알 수 있는데 질소나 헬륨가스 중독은 그런 전조증상 없이 그냥 픽 쓰러진다. 참고로 순산소를 호흡하면 질식 문제는 없지만 중독 문제가 있다.

2000년대 이후 스웨덴에서 매장과 화장과 수장 등 각종 장례법을 충분히 대체할 빙장이 개발되었다. 빙장에서는 시신이 들어있는 관을 꽁꽁 얼려버리는 액체질소가 사용된다.
빙장님! 빙장님! 빙장님! 아! 아! 할아버지! 살려줍쇼, 할아버지!

한편 어디서는 맨날 달구기만 한 것이 지겨운지 아에 액체질소로 얼리고 있다.

3 각종 매체에서

• 007 골든 아이에서는 보리스 그리셴코가 마지막에 기지가 폭발하는 와중에 살아남아서는 "Yes! I am invincible!(그래! 나는 천하무적이야!)(...)"이라고 외치고는 액체질소 탱크가 폭발하면서 액체질소를 뒤집어씌고 그대로 얼음인간이 되었다.
• 바이오쇼크의 무기인 화학 발사기의 탄환 중 하나. 말 그대로 상대를 냉각시킬 수 있다. 하지만 플라스미드로 얼렸을 때와 마찬가지로 얼어버린 적을 박살내면 아이템을 얻을 수 없다.
• 사야의 노래에서는 외계생명체(추정)와 싸우기 위한 최종병기로 사용된다.
• 퇴마록에서는 형사가 통째로 얼어버렸다.
• 터미네이터 2: 심판의 날에서는 후반부에 T-800이 액체질소로 T-1000을 얼려버린 후 권총으로 박살내는 장면이 나온다.
• 바이오하자드4의 버두고와의 보스전에서는 액화질소 탱크가 중요하게 사용된다. 얼려놓고 총질을 하면 대미지가 3배로 들어가기 때문.
• 빅뱅 이론에 나오는 이론 물리학자 '레즐리 윙클'은 시리얼에 바나나를 넣으려하지만 근처에 나이프가 보이지 않자 액체질소를 사용하여 급속냉동시킨 후에 망치로 부숴서 넣는다.
• 소설 데프콘에서는 킬러집단이 피해자를 한여름에 액체질소로 동사시키는 장면이 나온다.
• 미드 LOST의 마이클 도슨은 기폭장치에 연결된 배터리의 작동을 중지시키기 위해, 배터리에 액체질소를 분사하여 얼리는 방법을 사용한다. 비슷한 장면이 멜 깁슨 주연 리쎌 웨폰 2에서도 나오는데 여기서는 기폭장치의 작동을 1~2초 늦추기 위해서 뿌려진다.
• 온라인 게임 이터널시티2에서는 화염방사기의 엑설런트급 탄창으로 등장한다. 주변을 밝히는 효과가 사라지고 공격력, 사거리가 떨어지지만 일정 확률로 적을 얼릴 수 있고, 길거리에 걸어다니는 좀비 수준이라면 상당히 높은 확률로 얼릴 수 있다. 얼어붙은 적은 이동과 공격을 할 수 없다.
• RTS게임 인 커맨드 앤 컨커 레드얼럿3 업라이징 (레드얼럿 3의 확장판이다) 에서는 크라이오 유닛들이 액체질소를 살포하며 적을 얼린다.