역삼투

요약 역삼투는 삼투압보다 높은 압력을 가할 때, 용액으로부터 순수한 용매가 반투막을 통해 빠져 나오는 현상이다. 이 방법을 이용하면 바닷물 등의 수용액에서 순수한 물을 얻을 수 있는데, 이를 이용한 여러 가지 정수 장치가 개발되어 있으며 선박과 중동 지방에서 사용되고 있다.

손을 물속에 오래 담그면 손이 부풀어 오른다. 이것은 물이 피부 속으로 들어가 체액이 많아지기 때문이다. 이 때 체내의 용질 입자는 몸 밖으로 나오지 못하고 물 분자만 피부를 통해 들어간다. 이와 같이 피부와 같이 용매 분자는 통과시키지만 용질 입자는 통과시키지 않는 성질을 가진 막을 반투막이라 한다. 다음 그림은 삼투의 이해를 돕기 위해 제시한 것이다.

U자 관에 그림과 같이 반투막을 사이에 두고 용액과 용매를 각각 넣어 두면 반투막을 통과해 용액 쪽으로 이동해 가는 용매 분자 수가 용매 쪽으로 가는 것보다 많아 용액의 높이가 높아진다[그림 (a)]. 그러면 용액 쪽에서는 높아진 액면으로 인한 압력이 점점 커져 용매 분자의 이동을 억제하게 되고 결국에는 용액 쪽으로 이동해 가는 분자 수와 용매 쪽으로 이동해 가는 분자 수가 같아져 액면의 높이는 더 이상 변화하지 않게 된다[그림 (b)]. 이때 용매와 용액의 액면 높이 차에 해당하는 압력을 삼투압이라고 한다.


[그림a]


[그림b]

[그림 (b)]와 같은 상태에서 용액 쪽에 추를 올려놓아 압력을 더 크게 해 주면 용매 쪽으로 이동해 가는 용매 분자 수가 더 많아져 용매 쪽의 액면이 다시 높아진다[그림 (c)]. 이와 같이 삼투압보다 더 큰 압력을 가해 용액 속의 용매 분자만 반투막을 통해 이동해 가게 하는 것을 역삼투라고 한다.


[그림c]

역삼투는 바닷물 등의 용액으로부터 순수한 물을 얻는데 이용되고 있다. 바닷물로부터 순수한 물을 얻으려면 바닷물의 삼투압인 30기압보다 더 높은 압력을 가해 주면서 바닷물이 반투막을 통과해 가도록 하면 된다. 이 방법은 바닷물을 증발시켜 순수한 물을 얻는 것보다 경제적이지만, 이러한 높은 압력에도 능히 견딜 수 있으며 대규모 장치가 가능할 뿐 아니라 막이 매우 얇아 물 분자가 빨리 통과할 수 있으면서도 수명이 긴 반투막을 개발하는 것이 해결해야 할 기술적인 문제 중 하나이다. 이 방법은 선박이나 물이 부족한 중동 지방에서 실제로 사용되고 있으며 시간당 5L의 물을 생산해 낼 수 있는 소규모 장치도 개발되어 활용되고 있다.