[안현정 선생님의 과학은 껌이다] Part 14. 삼투

안녕하세요. 과학 교육 전문가 안현정입니다.
갈증이 날 때 절대로 바닷물을 마시면 안 된다는 이야기, 들어보신 적 있으신가요? TV 예능프로나 영화 등을 보면 이따금 무인도에 조난당한 사람들의 모습이 나오곤 하는데요, 살아남기 위해 고군분투하는 과정에서 식수를 구하는 행동은 가히 필수적인 일입니다. 그러나 TV나 영화 속 주인공들은 절대로 바닷물을 마시지 않습니다. 과연 그 이유는 무엇일까요. 오늘 시간 삼투현상을 통해 조난당했을 때 바닷물을 마시면 안 되는 이유까지 함께 알아보겠습니다.

삼투 현상에 대해 알아보기 위해서는 먼저 반투과성 막이 무엇인지에 대한 이해가 필요합니다. 반투과성 막은 다음과 같습니다.

[반투과성 막]
: 미세한 구멍을 가지고 있어 크기가 작은 용매는 투과시키지만 알갱이가 큰 용질은 걸러내는 막. 셀로판지, 세포막, 달걀 속껍데기가 반투과성 막에 해당합니다.

[삼투 현상]
삼투현상이란, 서로 다른 농도를 가진 두 액체를 반투과성 막을 경계로 나누어 놓았을 때, 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 물(용매)가 이동하는 현상을 말합니다. 용매는 농도의 평형을 이룰 때까지 이동하게 되는데 이때 반투과성 막이 받게되는 압력을 삼투압이라고 부릅니다. 삼투 현상이 일어나는 원인은 액체 간 압력 차이이며 액체들의 농도 차이가 줄어드는 것은 결과입니다.

삼투 실험 : 증류수와 설탕물 / 당근 컵

[증류수와 설탕물의 이동실험]

- 준비 : 농도가 0%인 증류수와 높은 농도를 지닌 설탕물을 준비한다.
- 실험 :

(1)설탕물이 들어있는 시험관에 입구를 셀로판지(반투과성막)로 막은 후 뒤집어서
스탠드에 고정시킨다.
(2) 비커에 일정량의 증류수를 넣는다.
(3) 스탠드를 내려서 시험관속 설탕물의 높이와 바깥쪽 증류수의 높이가 같도록 맞춰준다.
(4) 하루 동안 시간을 두고 기다리며 셀로판지를 경계로 물의 이동여부를 관찰한다.

- 관찰 : 비커 속 농도가 낮은 증류수가 반투과성 막인 셀로판지를 통과하여 농도가 높은 설탕물이 든 시험관으로 이동한 모습이 관찰된다. 즉 시험관 속 설탕물의 높이는 아지고 비커 속 물의 높이는 낮아진 결과를 보인다.


[증류수에 담근 당근컵 실험]

- 준비 : 농도가 0%인 증류수와 설탕 준비. 당근은 속을 파내어 컵의 형태로 만들어놓는다.
- 실험 : (1) 당근컵 속에 많은 설탕을 넣어 농도를 높인다.
(2) 증류수를 넣은 비커에 설탕을 담은 당근컵을 담근다.
- 관찰 : 당근은 세포로 이루어져 있고 이 세포는 반투과성 막인 세포막을 지니고 있다.
때문에 당근을 경계로 농도가 낮은 증류수가 농도가 높은 당근컵 속의 설탕물 쪽으로
이동하는 결과를 보인다. 결국 당근컵 속의 물의 높이가 높아지고 비커 쏙 물의 높이는 낮아진
모습을 관찰할 수 있다.

[실험 총 정리]
삼투는 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 용매가 이동하는 현상이다.
식물의 뿌리에서 물을 흡수하는 원리 또한 이와 같다.

삼투의 예

실험을 통해 알게 된 삼투 현상의 의의를 생각하며 앞서 말했던 바닷물을 마시면 안 되는 이유에 대해 짐작해봅시다. 갈증이 났을 때 염분이 높은 바닷물을 마시면 안 되는 이유는 무엇일까요?

[바닷물을 마시면 안돼요]
바닷물은 우리의 몸(염류0.9%)보다 고농도의 염류(3%)를 지니고 있습니다. 때문에 수분 부족으로 바닷물을 섭취하게 될 경우, 바닷물의 염분이 혈액 속으로 흡수되는 현상이 이루어지고 이 과정에서 몸의 세포보다 혈액의 농도가 더 높아지게 됩니다. 결국 삼투 현상에 의하여 세포속의 수분(저농도)이 혈액(고농도)으로 이동하는 상황이 나타나게 됩니다. 우리의 몸은 언제나 평형상태를 유지하고자 하는데, 이 과정에서 염분을 배출하고자 하게 되고 그 결과 많은 양의 수분이 방광으로 모여 배설되게 됩니다. 즉 부족한 수분을 섭취하려다가 도리어 체내 수분을 더 잃게 만드는 상황이 되는 것입니다. 이는 곧 탈수현상으로 이어지고 이 현상이 반복되면 죽음에 이를 수도 있습니다.

이외에도 삼투현상의 예는 일상생활에서도 접할 수 있는데요 다음의 예를 통해 만나봅시다.

[김장 김치]
김장 김치를 만들기 위해서 하는 첫 번째 과정은 배추를 깨끗이 잘 손질하여 소금에 절여두는 것입니다. 배추를 소금에 절여놓으면 배추 안(저농도)에 있던 소금이 바깥쪽(고농도)로 빠져나오게 되고 안팎의 농도를 맞추어가며 배추의 숨이 죽게 됩니다.

출처= 이투스me 안현정 강사

동아닷컴 교육섹션 정민아기자 mina@donga.com