안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
자동차 에어백 시스템은 충돌 순간에 매우 짧은 시간 안에 팽창해야 하므로, 빠르게 많은 양의 기체를 발생시키는 화학 반응이 필요합니다. 이때 사용되는 물질이 아지드화 나트륨(NaN₃)인데, 이 물질은 분해되면서 질소 기체(N₂)를 생성합니다. 고체 상태의 NaN₃는 격자 구조 속에서 입자들이 서로 매우 가까운 거리에 밀집해 있어 부피가 작습니다. 그러나 분해 반응을 통해 생성된 질소는 기체 상태로 존재하게 되며, 기체 분자들은 서로 간의 거리가 고체에 비해 훨씬 멀리 떨어져 있어 넓은 공간을 차지합니다. 따라서 같은 수의 입자라도 고체에서는 작은 부피에 모여 있는 반면, 기체에서는 자유롭게 운동하며 큰 부피를 형성하게 됩니다. 이와 같은 입자 간 거리의 급격한 증가가 곧 부피 팽창으로 이어지고, 순간적으로 많은 양의 질소가 에어백 내부를 채워 넣어 에어백을 빠르게 팽창시킵니다. 결국 에어백의 작동 원리는 고체 반응물이 기체로 변하면서 발생하는 부피 증가, 즉 입자 배열의 차이에 따른 공간 점유의 변화에 기반하고 있습니다.