최종 업데이트: 2026-06-15

삼투압 이해하기

농도가 서로 다른 두 용액이 반투막(용매는 통과시키지만 용질은 통과시키지 않는 막)으로 분리되어 있을 때, 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 물이 순이동합니다. 이 현상이 삼투입니다. 삼투압은 이 흐름을 막기 위해 농도가 높은 쪽에 가해야 하는 최소 외부 압력입니다. 삼투압은 총괄성의 하나로, 용존 입자의 수에만 의존하며 그 화학적 정체성과는 무관합니다.

반트 호프 방정식

묽은 용액에서 삼투압은 반트 호프 방정식을 따릅니다.

$$\Pi = i \cdot M \cdot R \cdot T$$

기호	의미	단위
Π	삼투압	atm
i	반트 호프 인자 (화학식 단위당 입자 수)	무차원
M	용질의 몰 농도	mol/L
R	이상 기체 상수 = 0.082057	atm·L·mol⁻¹·K⁻¹
T	절대 온도	K

이 방정식은 이상 기체 법칙 PV = nRT와 구조가 동일하며, M이 n/V에 해당합니다.

반트 호프 인자

인자 i는 일부 용질이 용액에서 여러 입자로 나뉜다는 사실을 보정합니다.

용질	해리	이상 i
포도당 (C₆H₁₂O₆)	해리 없음	1
NaCl	Na⁺ + Cl⁻	2
CaCl₂	Ca²⁺ + Cl⁻ 둘	3
K₂SO₄	K⁺ 둘 + SO₄²⁻	3

농축 용액에서는 이온 쌍 형성으로 유효 i가 이상적인 정수보다 낮아집니다. 대부분의 묽은 용액 문제에서는 이상값을 사용합니다.

계산 예시

25 °C(298.15 K)에서 0.5 mol/L NaCl 용액(i = 2)의 삼투압을 구합니다.

$$\begin{aligned} \Pi &= i \cdot M \cdot R \cdot T \\ &= 2 \times 0.5\ \text{mol/L} \times 0.082057\ \text{atm·L·mol}^{-1}\text{·K}^{-1} \times 298.15\ \text{K} \\ &= 24.47\ \text{atm} \end{aligned}$$

대기압의 약 24배에 해당하는 이 값은 중간 정도의 농도에서도 삼투압이 매우 크다는 것을 보여줍니다.

삼투와 역삼투

삼투압은 매우 크기 때문에 중요한 여러 과정을 이끕니다.

• 생물 세포는 용질 농도를 조절하여 세포막 안팎의 삼투 균형을 유지합니다. 인간 혈장의 삼투압은 37 °C에서 약 7.7 atm입니다.
• 담수화는 역삼투를 이용합니다. 바닷물의 삼투압(약 27 atm)보다 높은 압력을 가해 물을 막 너머로 통과시켜 염분을 제거합니다.
• 식품 보존 — 소금 절임과 설탕 절임 — 은 세균 외부에 높은 삼투압을 형성하여 세균 세포에서 물을 빼내어 성장을 억제합니다.

등장성, 저장성, 고장성 용액

어떤 용액의 삼투압이 세포 내용물의 삼투압과 같으면 등장성이라고 합니다. 물이 동일한 속도로 들어오고 나가며 세포 형태가 유지됩니다. 저장성 용액은 삼투압이 낮아 물이 세포 안으로 유입되어 세포가 팽윤(용혈)됩니다. 고장성 용액은 삼투압이 높아 물이 세포 밖으로 빠져나가 세포가 수축(위축)됩니다. 정맥 주사용 생리식염수는 적혈구와 등장성이 되도록 제조하며, 이 때문에 표준 농도는 0.9% NaCl입니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

삼투압 공식은 무엇인가요?

삼투압은 반트 호프 방정식 Π = i·M·R·T로 구합니다. 여기서 i는 반트 호프 인자, M은 몰 농도(mol/L), R은 이상 기체 상수(0.082057 atm·L·mol⁻¹·K⁻¹), T는 절대 온도(켈빈)입니다. 25 °C(298.15 K)에서 이상 용액(i = 1) 1 mol/L의 삼투압은 약 24.5 atm으로, 대기압의 약 25배에 해당합니다.

반트 호프 인자란 무엇인가요?

반트 호프 인자(i)는 용질 화학식 단위 하나가 용액에서 만드는 용존 입자의 수입니다. 포도당이나 자당처럼 분자성 용질은 해리되지 않으므로 i = 1입니다. 이온성 화합물은 이온으로 나뉩니다. NaCl은 Na⁺와 Cl⁻로(i ≈ 2), CaCl₂는 Ca²⁺와 Cl⁻ 둘로(i ≈ 3) 해리됩니다. 실제로 농축 용액에서는 이온 쌍 형성으로 인해 유효 i가 이상적인 정수보다 약간 낮아집니다.

삼투란 무엇이며, 역삼투는 어떻게 작동하나요?

삼투는 반투막을 통해 용질 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 용매가 순이동하는 현상입니다. 이 흐름을 막는 데 필요한 최소 압력이 삼투압입니다. 역삼투는 삼투압보다 큰 외부 압력을 가해 농축 쪽에서 희석 쪽으로 용매를 강제로 통과시켜 용존 물질을 제거하는 방법입니다. 바닷물의 삼투압은 약 27 atm이므로, 역삼투 담수화 설비는 그 이상의 압력으로 운전됩니다.

삼투압이 생물학에서 중요한 이유는 무엇인가요?

세포는 막 안팎의 용질 농도 균형을 유지합니다. 주변 용액이 너무 묽으면(저장성) 물이 세포 안으로 유입되어 세포가 팽윤되거나 파열될 수 있습니다. 반대로 너무 진하면(고장성) 물이 빠져나가 세포가 쪼그라듭니다. 인간의 혈장 삼투압은 37 °C에서 약 7.7 atm이며, 이 때문에 정맥 주사용 생리식염수는 등장성(약 0.9% NaCl, ≈ 0.154 mol/L)으로 제조됩니다. 농도 편차는 심각한 탈수나 과수화 상태에서 볼 수 있는 세포 손상을 유발합니다.