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)번이지요. 소금물과 물을 섞으면 소금은 소금물 쪽에서 믈 쪽으로, 물은 물 쪽에서 소금물 쪽으로 이동하여 소금이 용액 전체로 균일하게 퍼지지요 그래서 소금물의 모든 부분에서 진하기기(농도)가 똑같습니다. 이렇게 물질의 이동이 가능할 때에는 농도 차이가 생기지 않도록 골고루 퍼지려는 성질이 있습니다..

    만약 소금과 물, 모두 통과시키지 않는 막으로 가로막아 놓으면? 당연히 서로 섞이지 못하고 짠 소금물과 물로 그대로 남아있겠지요.

 

 

    그런데 특정 물질만 통과시키고, 다른 물질들은 통과시키지 않는 막이 있습니다. 이런 막을 '반투막'이라고 합니다. 예를 들어, 소금이나 설탕은 통과시키지 않으면서 물만 통과시키는 막이 있습니다. 이 반투막을 소금물과 그냥 물 사이에 놓는다면 어떤 일이 일어날까요?

 
 

    소금물과 물 사이의 농도 차이를 없애려면 다음 2가지 일 중 하나라도 일어나야 합니다.

    (1) 소금이 소금물 쪽에서 물 쪽으로 이동해서, 소금물 쪽의 농도는 낮추고 물 쪽의 농도는 높인다.
    (2) 물이 물 쪽에서 소금물 쪽으로 이동하여 소금물 쪽의 농도를 낮춘다.

    물만 통과시키는 반투막을 사용하면 (2)의 사건만 일어나겠지요. '소금물과 물 사이의 농도 차이를 없애려고 하는 성질' 때문에 물이 소금물 쪽으로 이동하므로, 이것은 물을 소금물 쪽으로 미는 압력과 같은 역할을 하지요.

 

 

    그런데 왼쪽(소금물)에는 소금이 들어있고 오른쪽(물)에는 소금이 전혀 없으므로, 물이 모두 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하여도 왼쪽과 오른쪽의 농도가 같아질 수는 없습니다. 그렇다면 오른쪽의 물이 왼쪽으로 다 건너갈 때까지 물이 계속 이동할까요? 이번 실험의 결과에 의하면 어느 정도 물이 이동하다가 멈추지요? 물의 이동이 멈추었다는 것은 물을 소금물 쪽으로 이동시키는 '압력'에 반대로 물을 다시 물 쪽으로 미는 압력이 있고, 이 두 압력의 크기가 같다는 것을 의미합니다.

 

 

    이 새 압력은 왜 생긴 걸까요? 바로 왼쪽과 오른쪽의 수면 높이의 차이에 따른 압력 차이 때문입니다. 아래 그림에서 빨간 점과 파란 점은 같은 눞이에 있는 두 점입니다. 한 덩어리의 물에서는 같은 높이에 있는 점들은 같은 크기의 압력을 받도록 조절하는 성질이 있습니다. 그런데 농도 차이 때문에 물이 왼쪽으로 이동하면, 파란점은 빨간 점에 비해 몰기둥에 의한 압력만큼 더 큰 압력을 받습니다. 이 압력 차이는 물을 오른쪽으로 이동시키려고 합니다.

 

 

    정리해 봅시다. 반투막을 사이에 두고 물과 용액을 두면, 농도 차이에 의해 물이 용액 쪽으로 이동합니다. 그런데 물이 이동하기 시작하면 용액 쪽의 수면이 높아지고, 물기둥에 의한 압력은 물을 다시 물쪽으로 밉니다.

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    물이 어느 정도 이동 후에는 농도 차이에 의해 물을 용액 쪽으로 미는 압력과 물을 다시 물 쪽으로 미는 물기둥에 의한 압력이 같아집니다. 그러면 물은 더이상 이동하지 않습니다. 바로 이때의 물기둥에 의한 압력은 물이 이동하는 것을 막기 위해 필요한 압력의 크기입니다. 이 압력을 '삼투압'이라고 합니다. 그러니까 어떤 용액의 삼투압은 반투막을 사이에 둔 물과 용액의 농도 차이에 의해 물이 이동하는 것을 막는데 필요한 압력입니다.

 

 

    이번 실험에선 주머니 모양의 반투막과 설탕물을 사용하였지만 원리는 똑같습니다.

 

 

 

 

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