삼투압

김장할 때 싱싱하고 뻣뻣한 배추에 굵은 소금을 뿌려 두면 얼마 지나지 않아 배추가 풀이 죽고 바닥에 물이 흥건하게 고여요. 배추 밖에서 억지로 물을 짜낸 것도 아닌데 배추 속에 있던 수분이 저절로 밖으로 빠져나온 거예요.

이 현상의 열쇠는 농도 차이에 있어요. 배추 세포 안쪽은 물이 많아 묽은 상태이지만, 겉에 소금을 뿌린 바깥쪽은 소금기가 가득해 매우 진한 상태가 돼요. 자연은 양쪽의 농도를 똑같이 맞추려는 성질을 가지고 있어서, 묽은 곳에 있던 물이 진한 곳으로 이동하게 돼요.

이때 배추 세포를 둘러싼 막은 물 분자는 통과시키지만, 물에 녹아 이온이 된 소금은 거의 통과시키지 못해요. 이런 막을 '반투과성 막(물은 통과시키고 녹아 있는 물질은 거의 막는 막)'이라고 불러요. 소금은 들어가지 못하고 배추 안의 물만 밖으로 빠져나가면서 배추의 숨이 자연스럽게 죽는 것이에요.

삼투 현상은 물 분자들이 쉼 없이 사방으로 움직이면서 생기는 자연스러운 확률 현상이에요. 반투과성 막 양쪽에 있는 물 분자들은 모두 반대편으로 넘어가려고 끊임없이 부딪쳐요.

그런데 소금이나 설탕 같은 녹은 물질(용질)이 많은 진한 쪽은 물이 막을 건너가려는 경향이 묽은 쪽보다 약해요. 녹은 물질이 섞이면 물이 '빠져나가려는 힘'이 줄어들기 때문이에요. 흔히 녹은 물질 알갱이가 막의 구멍을 막아서라고 설명하지만, 그것만으로는 삼투를 다 설명할 수 없어요.

결국 양쪽에서 물이 오고 가지만, 묽은 쪽에서 진한 쪽으로 넘어가는 물 분자의 수가 더 많아져요. 결과적으로 물이 묽은 곳에서 진한 곳으로 쏠리는 흐름이 생겨요. 진한 쪽에 압력을 가해 이 흐름을 딱 멈추게 할 때, 그 압력의 크기를 삼투압이라고 불러요.

삼투는 식물이 흙 속의 물을 뿌리로 받아들이는 첫 단계에서 작동해요. 높은 잎사귀 끝까지 물을 끌어올리는 힘은 주로 잎에서 물이 증발하는 증산 작용에서 나와요. 식물의 뿌리털 세포 안쪽이 주변 흙 속의 물보다 더 진하기 때문에, 흙 속의 수분이 뿌리 세포 안으로 저절로 밀려들어 와요.

시들시들해진 상추나 시금치를 차가운 맹물에 담가 두면 다시 빳빳하고 싱싱해지는 것도 삼투압 덕분이에요. 채소 세포 안쪽이 바깥의 맹물보다 농도가 더 진하기 때문에, 맹물이 세포 안으로 쑥 밀려 들어가 세포를 팽팽하게 채우는 거예요.

반대로 갈증이 난다고 바닷물을 마시면 큰일이 나요. 바닷물은 우리 몸의 체액보다 훨씬 짜서, 그 소금을 내보내려면 콩팥이 마신 것보다 더 많은 물을 써야 해요. 그러면 혈액이 짜지고 세포 속 물까지 빠져나가 몸이 더 심각한 탈수 상태에 빠지게 돼요. 이처럼 삼투압은 생명체가 수분 균형을 지키는 핵심 원리예요.