삼투압

지식 정보

해당 지식
삼투압을 나타내는 U자관과 용질 입자 아이콘

반투막을 통한 용매 입자의 이동으로 농도가 변하는 삼투 현상과 이를 막는 삼투압, 반트호프 법칙을 설명합니다.

하위 지식 상위 지식
라울 법칙을 나타내는 압력계와 용액 아이콘 세포에서의 삼투를 나타내는 세포막 아이콘과 제목

반투막

물 분자와 같이 크기가 작은 용매 입자는 통과시키지만,
포도당이나 설탕처럼 크기가 큰 용질 입자는 통과시키지 못하는 막이다.


작은 용매 입자와 큰 용질 입자의 반투막 통과 여부를 나타낸 그림

삼투 현상

반투막을 사이에 두고 농도가 서로 다른 용액이 있을 때, 크기가 작은 용매 입자가 반투막을 통해 농도가 높은 쪽으로 더 많이 이동하여
농도가 높은 용액은 점점 농도가 낮아지고, 농도가 낮은 용액은 점점 농도가 높아지는 현상이다.

농도 차이에 따른 용매 입자 이동을 나타낸 두 U자관 그림

크기가 작은 용매 입자는 반투막을 자유롭게 통과할 수 있지만,
농도가 높은 용액에서는 크기가 큰 용질 입자가 용매 입자의 이동을 더 많이 방해한다.

따라서 반투막을 통해 농도가 높은 쪽으로 이동하는 용매 입자의 양이 농도가 낮은 쪽으로 이동하는 용매 입자의 양보다 많으며, 이로 인해 삼투 현상이 일어난다.

삼투압

삼투 현상을 막기 위해 농도가 높은 용액 쪽에 가해 주어야 하는 최소한의 압력이다.
기호로 π\pi, Π\Pi, PP 등으로 나타내고, 단위는 주로 atm\mathrm{atm}을 사용한다.

반투막으로 분리된 U\mathrm{U}자관에 농도가 서로 다른 용액이 있을 때 높이 차가 생기지 않도록 가해 주는 압력에 해당한다.

삼투압 기호 π\pi는 수학의 원주율을 나타내는 기호와 같으므로 헷갈리지 않도록 주의한다.

삼투압을 가해도 삼투 현상이 일어나지 않는 U자관 그림

반트호프 법칙

용질이 비전해질이고, 삼투압을 π\pi, 몰 농도를 CC, 기체 상수를 RR, 절대 온도를 TT라 할 때 π=CRT\pi = CRT이다.

반투막 양쪽 모두 용액인 경우 CC 대신 두 용액의 몰 농도 차의 크기인 ∣ΔC∣|\Delta C|를 활용한다.

삼투압 예시

그림은 반투막으로 분리된 U\mathrm{U}자관에 H2O(l)\mathrm{H_{2}O}(l)와 A(aq)\mathrm{A}(aq)를 넣은 초기 상태를 나타낸 것이다. 시간이 흐름에 따라 왼쪽과 오른쪽 관의 높이 변화를 예상해보자.

U자관에서 물과 수용액의 액면 높이를 비교한 삼투압 도식

삼투 현상에 의해 크기가 작은 용매 입자(H2O)(\mathrm{H_{2}O})가 반투막을 통해 농도가 높은 쪽으로 더 많이 이동하므로
H2O(l)\mathrm{H_{2}O}(l)가 있는 왼쪽 관의 높이는 낮아지고, A(aq)\mathrm{A}(aq)가 있는 오른쪽 관의 높이는 높아진다.

적용 문항

1번 문항


반투막으로 분리된 물과 포도당 수용액의 삼투압 문항 그림

2번 문항


두 비전해질 용액의 부피와 삼투압 비교 문항