삼투압 이란 무엇일까?(삼투, 반투과성 막, 오이 절이기)

삼투압은 물만 통과시키는 막을 사이에 두고, 순수한 물이 용액 쪽으로 순이동하지 않게 하려면 용액 쪽에 더해 줘야 하는 압력이다. 물이 막을 건너 한쪽으로 더 많이 이동하는 현상을 삼투라고 한다.

 

삼투압 이란 말이 낯설다면 물과 설탕물 사이에 물만 통과하는 막이 있다고 생각해 보자. 물이 어느 쪽으로 움직이는지부터 살펴보면, 오이를 소금에 절일 때 물이 나오는 이유까지 이해할 수 있다.

삼투압 이란, 삼투와 어떻게 다를까?

삼투는 물이 막을 건너 순이동하는 현상이고, 삼투압은 그 순이동을 막는 데 필요한 압력이다. 설탕이 녹은 쪽과 순수한 물 쪽을 가르는 막이 물만 통과시킨다고 해 보자. 이런 막을 반투과성 막이라고 한다. 이 예에서 물은 설탕을 녹이는 용매이고, 설탕은 물에 녹아 있는 용질이다. 막 양쪽에 처음 가해지는 압력이 같다면 물이 설탕물 쪽으로 더 많이 건너간다.

 

같은 상황을 두 용어로 나누어 보면 무엇을 가리키는지 분명해진다.

 

용어	물과 설탕물의 예
삼투	막을 사이에 두고 순수한 물 쪽에서 설탕물 쪽으로 물이 더 많이 건너가는 현상
삼투압	물의 순이동을 막기 위해 설탕물 쪽에 더해야 하는 압력

 

여기서 순이동은 양방향으로 움직이는 물의 양을 비교한 결과다. 물 분자는 양쪽으로 건너갈 수 있다. 물 쪽에서 설탕물 쪽으로 건너가는 양이 반대 방향보다 많으면, 전체로 봤을 때 설탕물 쪽으로 물이 옮겨 간다.

설탕물이 진하면 필요한 압력도 커질까?

같은 온도에서 묽은 설탕물끼리 비교하면, 설탕 농도가 더 높은 쪽의 삼투압이 더 크다. 각각을 순수한 물과 마주 놓고 생각하면 된다. 농도가 더 높은 설탕물 쪽에서 물의 순이동을 막으려면 더 큰 압력을 가해야 한다.

 

삼투압 이란 개념을 눈앞의 장치로 떠올려 보자. 물만 통과시키는 막 양쪽에 물과 설탕물을 담고, 설탕물 표면을 피스톤으로 누른다고 생각하면 된다. 설탕물 쪽에 압력을 더하면 그쪽으로 옮겨 가는 물의 순이동이 줄어든다. 압력을 알맞게 맞추면 처음 상태에서 수위가 달라지지 않고, 두 방향으로 건너가는 물의 양이 같아진다. 이때 순수한 물 쪽과 설탕물 쪽 사이에 더해 준 압력 차이가 삼투압이다. 피스톤 없이 물이 자유롭게 움직이면 설탕물의 수위가 올라갈 수 있다. 이때 높아진 물기둥이 만드는 압력 차이도 물의 순이동을 줄이는 방향으로 작용한다. 수위가 안정된 뒤에도 설탕은 막을 건너지 못하므로 설탕물 쪽에 남아 있다. 이 관계는 OpenStax 화학 교재의 삼투 설명에서 그림으로도 볼 수 있다.

오이에 소금을 뿌리면 왜 물이 나올까?

오이 표면의 소금이 물에 녹아 세포 바깥의 용액이 더 진해지면, 세포 안에서 바깥으로 물이 더 많이 옮겨 간다. 오이 세포막을 경계로 물이 이동하는 삼투의 예다. 바깥으로 나온 물은 녹은 소금과 섞여 접시 바닥에 고일 수 있다.

 

물의 이동 방향은 세포 안팎의 조건에 따라 달라진다. 같은 오이 조각을 진한 소금물에 담그면 물이 빠져 조직이 물러질 수 있고, 증류수에 담그면 물이 세포 안으로 들어가 더 단단하게 느껴질 수 있다. 세포에 물이 들어가면 세포 안에서 벽을 미는 압력이 커져 조직이 팽팽해진다. 오이를 절이면서 물이 나오는 모습은 물의 이동을 보여 주는 예라서, 그 모습만으로 삼투압의 크기를 알 수는 없다. 실제 오이 세포에는 여러 물질이 들어 있고, 겉에 고이는 물의 양은 오이 조각의 크기나 절이는 시간에 따라서도 달라질 수 있다.

마치면서

물만 통과하는 막이 있고 양쪽 압력이 같다면, 물은 더 묽은 쪽에서 더 진한 쪽으로 순이동한다. 삼투압 이란 말은 그 흐름을 막기 위해 용액 쪽에 어느 정도의 압력이 더 필요한지를 가리킨다. 오이에서 물이 나오는 장면은 삼투를 보여 주고, 물과 설탕물을 놓고 압력을 가하는 예는 삼투압을 이해하는 데 도움이 된다. 물의 순이동이 멈췄을 때는 막을 건너는 물의 양이 양방향에서 같다.

 

[안내드립니다] 이 글은 물을 용매로 하고 용질이 막을 통과하지 않는 단순화한 상황으로 삼투와 삼투압을 설명합니다.