삼투
삼투는 용질보다 용매를 훨씬 잘 통과시키는 막을 통한 용매의 순이동입니다. 방향은 용매의 화학 퍼텐셜이 정하며, 소금이 물을 끌어당기는 별도의 신비한 힘이 존재하는 것은 아닙니다.
반투막이 삼투 조건을 만든다
용질은 막을 통과할 수 없고 용매만 통과할 수 있으면 두 성분의 자유 확산으로 일반적인 혼합이 일어날 수 없습니다. 용매는 화학 퍼텐셜이 더 낮은 쪽으로 순이동하려 하며, 같은 온도와 압력의 묽은 용액에서는 보통 용질 입자 농도가 높은 쪽입니다. 막의 선택성이 사라져 용질도 빠르게 통과하면 문제는 일반 확산으로 바뀝니다.
삼투압이 순흐름 경향을 상쇄한다
π = iMRT
이상적인 묽은 용액에서는 π=iMRT입니다. π는 용액 쪽으로 들어오는 용매의 순흐름을 멈추는 데 필요한 추가 압력, M은 몰농도, T는 절대온도, i는 한 화학식 단위가 만드는 유효 용질 입자 수를 근사합니다. 압력차가 용매의 화학 퍼텐셜 차이를 상쇄하는 것이지 막이 특별한 흡인력을 만드는 것은 아닙니다.
삼투압 탐색기
긴장도는 생물학적 응용이며 동의어가 아니다
세포에서는 관심 있는 시간 동안 어떤 용질이 막을 통과하는지가 중요합니다. 총 삼투농도가 같은 등삼투 용액도 용질이 빠르게 세포 안으로 들어가면 등장액이 아닐 수 있습니다. 따라서 저장·등장·고장이라는 긴장도 개념은 단순 농도뿐 아니라 막 투과성에 의존합니다.
실제 용액은 이상식에서 벗어난다
van ’t Hoff 식은 묽은 용액에서 가장 적절합니다. 전해질 이온은 서로 상호작용하고 분자는 회합할 수 있으며 실제 막도 완벽하게 선택적이지 않습니다. 농도가 높아지면 단순한 입자 수 대신 활동도와 삼투계수 같은 보정이 필요합니다. 역삼투는 삼투압보다 큰 외부 압력을 가해 용매를 자발적인 삼투의 반대 방향으로 이동시킵니다.
계산 예제
1. 자당 삼투압
풀이
0.20 M 자당, 298 K, i≈1이면 π≈(0.20)(0.08206)(298)=4.89 atm입니다.
2. 이상적 NaCl 비교
풀이
같은 M과 T에서 이상적 NaCl은 i≈2이므로 비전해질의 약 두 배 삼투압을 냅니다. 실제 이온 용액은 이온 상호작용 때문에 벗어납니다.
3. 역삼투
풀이
삼투압이 25 bar인 용액 쪽에 30 bar를 가하면 π를 넘으므로 용매의 순흐름을 자발적인 삼투와 반대 방향으로 구동할 수 있습니다.