물이 스스로 농도를 맞추려 움직이는 이유는 뭘까

물 한쪽에 설탕을 녹이면 신기한 일이 벌어져요.
물이 저절로 설탕물 쪽으로 이동하면서 농도를 맞추려고 해요.
이건 마치 사람들이 붐비는 지하철 칸에서 덜 붐비는 칸으로 자연스럽게 퍼져나가는 것과 비슷해요.
물 분자는 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하려는 성질을 갖고 있거든요.
정확히 말하면, 물 분자가 많은 곳에서 적은 곳으로 움직이는 거예요.
설탕물 쪽은 설탕 때문에 상대적으로 물 분자가 적으니까, 순수한 물 쪽에서 물 분자가 계속 건너가는 거죠.
이렇게 농도 평형을 맞추려는 자연스러운 움직임, 이게 바로 삼투 현상의 출발점이에요.

왜 물만 통과하고 설탕은 막히는 걸까

삼투압이 생기려면 특별한 막이 필요해요.
바로 반투막이라고 부르는 선택적 필터예요.
이 막은 작은 구멍이 숭숭 뚫려 있는데, 물 분자만 통과할 수 있을 만큼 작아요.
설탕 분자는 물 분자보다 훨씬 크기 때문에 이 구멍을 통과하지 못하고 막혀요.
마치 체를 쳐서 모래는 빠져나가지만 자갈은 걸러지는 것과 같은 원리죠.
우리 몸속 세포막도 이런 반투막 역할을 해요.
물은 자유롭게 드나들지만 영양분이나 노폐물 같은 큰 분자는 특별한 통로를 통해서만 이동할 수 있어요.
이 반투막 덕분에 물만 한쪽 방향으로 계속 이동하면서 압력이 만들어지는 거예요.

농도 차이가 압력으로 바뀌는 4단계 과정

삼투압이 생기는 과정을 단계별로 살펴볼게요.
1단계: 반투막을 사이에 두고 한쪽엔 순수한 물, 다른 쪽엔 설탕물을 놓아요.
2단계: 물 분자가 반투막을 통과해 설탕물 쪽으로 이동하기 시작해요.
3단계: 설탕물 쪽으로 물이 계속 들어오면서 그쪽 수위가 점점 높아져요.
4단계: 수위 차이 때문에 생긴 압력이 물의 이동을 막을 만큼 커질 때까지 이 과정이 계속돼요.
결국 물의 이동 속도와 압력이 균형을 이루는 순간, 더 이상 수위가 올라가지 않아요.
이때 생긴 압력을 바로 삼투압이라고 불러요.
농도 차이가 클수록 더 많은 물이 이동하려 하니까, 삼투압도 더 커지는 거예요.

농도 차와 반투막만 있으면 압력이 생긴다

삼투압의 핵심 규칙은 정말 간단해요.
농도 차이와 반투막, 이 두 가지만 있으면 자동으로 압력이 만들어져요.
농도가 진할수록, 그러니까 녹아있는 물질이 많을수록 삼투압은 더 강해져요.
우리 몸은 이 원리를 아주 영리하게 활용해요.
혈액의 농도를 일정하게 유지하기 위해 콩팥이 삼투압을 이용해 물을 조절하죠.
식물도 뿌리에서 물을 빨아올릴 때 삼투압을 사용해요.
심지어 오이에 소금을 뿌리면 물이 빠져나오는 것도 삼투압 때문이에요.
자연은 이렇게 단순한 물리 법칙으로 생명 현상의 복잡한 문제들을 해결하고 있어요.