[삼투압·삼투현상 上] 두 용액의 아름다운 춤, 압력의 미학｜삼투압·삼투현상 뜻, 원리, 사례

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안녕하세요. 시구몽입니다.

 

이번 시간에는 흔히 '삼투압'이라고 불리는, '삼투현상'에 대해 알아보도록 하겠습니다.

다량 무기질의 하나인 소금.

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[삼투압·삼투현상의 모든 것 上편]

I. 삼투압·삼투현상 뜻

삼투현상(滲透, osmosis)

: 서로 다른 농도를 가진 두 용액 사이를 반투과성막으로 막아놓았을 때, 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 * 용매가 이동하는 현상.

* 소금물의 경우에 물이 용매이고, 소금이 용질.

 

 

 

삼투압(滲透壓, osmotic pressure)

: 삼투현상으로 생기는 압력.

 

※ 따라서 '삼투압 현상'이라는 말은 잘못된 표현이며, '삼투현상'이 바른말입니다.

저농도 → 고농도로 이동하는 것이 삼투현상.

고대 메소포타미아 시대부터 삼투압이 존재하는 것을 알고 있었지만, 1748년에 프랑스 성직자이자 물리학자인 장 앙투안 놀레에 의해서 공식적으로 문서화됐다고 합니다.

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II. 삼투압·삼투현상 원리

삼투현상이 일어나는 원인은 액체 간 압력 차이이며, 그 결과는 액체들의 농도 차이가 줄어드는 것입니다.

용매 분자들은 크기가 작아서 반투막을 통과할 수 있습니다. 그리고 용질 분자들은 아무리 크기가 작다고 하더라도, 용매 분자들이 용질 분자들을 녹이기 위해 주위를 둘러싸기 때문에, 크기가 커질 수밖에 없습니다. 또한, 용매 분자들은 반투막을 통과할 뿐만 아니라 반투막과 충돌을 합니다.

 

이제 용매를 물, 용질을 소금으로 가정했을 때, 소금물에는 물 분자들이 설탕을 수화시키기 위해서 둘러싸고 있습니다. 농도가 높을수록 녹아있는 소금의 분자 수가 많아, 그것들을 둘러싸는데 소진되는 물 분자 수가 더 많아질 것입니다. 따라서 농도가 높을수록 자유로워지는 물 분자의 개수가 줄어들고, 반투막에 충돌하는 횟수도 줄어들어 상대적인 압력도 줄어들게 됩니다. 즉, 삼투현상에서 생기는 높이차는 압력 차이 때문에 생기는 것입니다.

그렇기 때문에, 삼투현상은 아무런 에너지를 투입하지 않아도 농도의 차이만 있다면, 화학적으로 안정적인 상태에서 저절로 일어나는 현상입니다.

 

※ 역삼투 현상: 용매가 높은 농도에서 낮은 농도 쪽으로 이동하는 현상. 삼투현상과는 달리, 용액에 삼투압보다 큰 에너지를 투입해야 발생. 주로 해수 담수화나 정수기의 정수 과정에서 이 현상을 이용.

 

 

 

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III. 삼투압·삼투현상 사례

• 김장할 때에 배추를 소금에 절여놓으면, 배추 안에 있던 수분이 소금이 있는 바깥쪽으로 빠져나옵니다.
• 달팽이나 거머리에게 소금을 뿌리면, 몸에 있던 수분이 밖으로 다 빠져나와 죽게 됩니다.
• 적혈구를 농도가 진한 * 고장액에 담가 놓으면, 수분이 밖으로 빠져나가는 축혈 현상이 일어납니다. 반대로 농도가 묽은 ** 저장액에 담가 놓으면, 수분이 적혈구로 들어와 결국 터지는 용혈 현상이 일어납니다. 따라서 용액을 혈관에 주사할 때, 반드시 *** 등장액을 사용해야만 합니다.
• 동물 소화기관도 마찬가지인데, 소화된 음식에서 물과 함께 그 속에 있는 영양분이 삼투압을 통해, 소화관을 싸고 있는 혈관으로 이동하는 것입니다.
• 물중독은 물을 급하게 많이 마시게 될 경우, 혈액이 희석되어 신체의 수분이 오히려 흡수되지 않고 고여서, 뇌부종 등의 합병증까지 유발하는 질환입니다.
• 투석은 낮은 투석액의 농도로 삼투에 의해 피 속의 수분이 빠져나가지 않도록, 투석액의 농도를 조절해야 합니다.
• 양서류가 바닷물에 입수하면, 몸이 쪼그라들어 죽습니다. 양서류 체내 농도보다 바닷물의 농도가 훨씬 높아서, 체내 수분 입자가 피부를 통해 전부 빠져나가기 때문입니다. 위의 적혈구와 비슷한 원리입니다.
• 맛조개가 서식하는 구멍에 소금을 투입하면, 맛조개가 삼투현상을 견디지 못하고 밖으로 나옵니다.
• 입 안에 사탕을 넣고 있으면, 입 안의 수분이 사탕으로 빠져나가 입 안 점막이 거칠어집니다.
• 바다에 표류할 때, 수분 공급처가 없다고 바닷물을 마시면 안 됩니다. 삼투현상으로 오히려 더 탈수가 진행됩니다. 바닷물의 무기 염류 농도가 우리 몸의 체내 무기 염류 농도의 세 배가 넘기 때문입니다.
• 식물이 뿌리를 사용해서 물을 흡수하는 것은 삼투현상과 모세관 현상을 모두 이용하지만, 기본적으로는 삼투를 이용합니다. 삼투현상은 온도가 높을수록 활발하게 일어나며, 그래서 겨울에는 뿌리로 흡수하는 수분의 양이 줄어듭니다. 온대 기후의 낙엽수가 가을에 단풍을 만들고 잎을 떨어뜨리는 것은, 온도가 낮아짐으로 인해 삼투가 활발하게 일어나지 못하므로, 그에 따라 잎에서의 **** 증산도 줄이기 위한 것입니다.

* 고장액: 위 사례에서는 혈액보다 삼투압이 높은 용액을 의미함.

** 저장액: 위 사례에서는 혈액보다 삼투압이 낮은 용액을 의미함.

*** 등장액: 위 사례에서는 혈액과 삼투압이 같은 용액을 의미함.

**** 증산: 식물체 안의 수분이 수증기가 되어 공기 중으로 나오는 현상.

 

 

 

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글을 마치며

이상으로 삼투압·삼투현상의 뜻, 원리와 사례에 대해 알아보았는데요. 삼투의 개념과 원리와는 별개로, 이 현상은 우리 신체와도 밀접한 관련이 있답니다. 신체의 약 60%가 수분으로 구성되어 있는데, 이 수분 관리를 하는 데 있어 삼투가 아주 중요한 역할을 합니다.

 

그리고 그 과정에서 또 핵심적인 역할을 하는 '이 것'이 있는데, 이와 관련해선 다음 下편에서 알아보겠습니다. 참고로, '이 것'의 정체의 힌트는 본 포스팅의 썸네일 사진이랍니다.

 

유익하고 재밌는 시간 되셨길 바라며, 남은 하루도 행복하게 보내세요. 소중한 시간 내어 긴 글을 읽어주셔서 감사합니다.

 

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