삼투압

 

 

준비물

  • 설탕
  • 물감
  • 반투막 주머니
  • 넓은 병

 

 

실험과 관찰

 

 

 

    1.물에 설탕을 녹인 후 물감을 탑니다.

    2. 위의 설탕물을 반투막 주머니에 담습니다.

    3. 반투막 주머니의 설탕물이 담긴 부분을 물이 든     넓은 병에 담급니다.

    4. 반투막의 윗부분에 고리를 만들어 걸어둡니다.

    5. 관찰합니다.

     

 

 

     

 

왜 그럴까요?

 

아주 짠 소금물과 그냥 물을 섞으면 어떻게 되나요?

     

     

     

여러분의 경험으로 다 알 듯이 답은 (2)번 이지요. 소금물과 물을 섞으면 전체 물에 소금기가 똑같이 퍼지게 되지요.
그런데 만약 소금물과 물을 아무것도 통과시키지 않는 막으로 가로막아 놓으면?

     

 

     

물론 서로 섞이지 못하고 짠 소금물과 물로 그대로 남아있겠지요. 그런데 소금이나 설탕은 통과시키지 않으면서 물만 통과시키는 막이 있습니다. 이 막을 반투막이라고 합니다. 이 반투막을 짠 소금물과 그냥 물 사이에 놓는다면 어떤 일이 일어날까요?

     

 

     어떻게 해서든지 양쪽의 짠 정도로 같게 하려고 하겠지요. 양쪽의 짠 정도가 같아지려면 다음 2가지 일 중 하나라도 일어나야 합니다.
    (1)소금이 소금물 쪽에서 물 쪽으로 이동해서 소금물의 짠 정도는 낮추고 물의 짠 정도는 높인다. (2)물이 물 쪽에서 소금물 쪽으로 가서 소금물의 짠 정도를 낮춘다.
    하지만 반투막을 물만 통과할 수 있으므로 (2)의 사건이 일어나겠지요. 즉, 물을 왼쪽으로 이동시키는 힘이 있는 거지요. 단위 면적당의 이 힘을 삼투압이라고 합니다. (압력=힘/면적이므로.)

     

 

이 삼투압은 소금물과 물 사이의 짠 정도의 차이가 클수록 큽니다.

     

 

 

반투막을 통해 물이 왼쪽으로 이동하면서 왼쪽 소금물의 진하기는 점점 약해지겠지요. 따라서 삼투압은 점점 줄어들겠지요. 그리고 왼쪽의 소금물 높이는 점점 올라가고 오른쪽 물의 높이는 점점 낮아지고.

 

     

 

그런데 왼쪽에는 소금이 들어있고 오른쪽에는 소금이 전혀 없으니 아무리 오른쪽에서 왼쪽으로 물이 건너가도 왼쪽과 오른쪽의 짠 정도가 같아질 수는 없겠지요? 그렇다면 오른쪽 물이 왼쪽으로 다 건너갈 때까지 물이 계속 이동할까요? 이번 실험의 관찰에 의하면 어느 정도 물이 이동하다가 멈추지요? 물의 이동이 멈추었다는 것은 삼투압과 반대로 작용하는 힘이 있고 이 힘의 크기와 삼투압의 크기가 같다는 것을 의미합니다.  

 

 이 새 힘은 왜 생긴 걸까요?
바로 왼쪽과 오른쪽의 물기둥의 높이의 차이에 따른 압력차이 때문입니다.

 

     

     

 이 힘은 막을 기준으로 왼쪽에서 오른쪽으로 작용하는 힘이지요. 이 힘은 삼투압에 의해 물이 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하면서 왼쪽과 오른쪽의 물높이 차이가 생기면서 생기기 시작합니다. 그리고 물높이의 차이가 클수록 커지지요.

 

 

 정리해보면 반투막 양쪽을 소금물과 물로 채우면 물 쪽에서 소금물방향으로 삼투압이 생깁니다. 그래서 물을 소금물 쪽으로 이동시키는데 물이 이동하면서 삼투압은 점점 작아집니다. 삼투압에 의해 물이 소금물 쪽으로 이동하면 물높이의 차이가 생겨 소금물 쪽에서 물 쪽으로 작용하는 힘이 생깁니다. 이 힘은 물이 이동하면서 점점 커집니다. 삼투압과 이 힘이 같아지면 물은 더 이상 이동하지 않게 됩니다.

 

 

 이번 실험에선 주머니 모양의 반투막과 설탕물을 사용하였지만 원리는 똑같습니다.