Diffusion and Osmosis

유기적으로 연결되어있는 몇몇 주제에 관해

배워봅시다

어떻게 보면 간단하지만 어렵기도 한 주제이기 때문에

이해하기 어려울 수도 있습니다

제 강의가 도움이 되었으면 좋겠네요

시작해봅시다

용기 하나를 그려보겠습니다

그리고 그 용기 안에

물 분자들을 그려보겠습니다

물 분자들을 그리고 있습니다

물 분자가 용기 내에서 무작위로 섞여있네요

액체이죠
물입니다

또한 용기 내에

설탕 분자들을 그려봅시다

분홍색으로 그려보겠습니다

설탕 분자를 그리고 있습니다

용기 내에 설탕보다 많은 양의 물 분자가 있지만

확실하게 해둡시다

실제로 용기 내에는 제가 그린 물 분자보다
훨씬 더 많은 물 분자가 있습니다

우리는 (설탕보다) 더 많은 양의 이 분자를

용매라고 합니다

그래서 이 상황에서 여러분들이 볼 수있는 물 분자의 양이

훨씬 더 많죠?

지금 여기에서 '몰'이라는 개념에 대해 자세히 들어가진 않을게요

이 부분만으로도 벅찬 분들이 계실수도 있기에

각설하고, 우리는 더 많은 분자를 가진 것을

용매라고 합니다.

그래서 이 상황에서는 물이 용매입니다.

그리고 물보다 더 적은 물질은 설탕인데,

이 때 설탕을 용질이라고 합니다.

이게 용질입니다.

꼭 설탕이어야 할 필요는 없어요.

물 안에있는 보다 적은 물질이 무엇이든간에
그것은 용질입니다

이 상황에서는 설탕입니다

우리는 설탕이 물 안에 녹아있다고 합니다

설탕이 물 안에 녹아있죠

그리고 이 모든 설탕과 물의 조합물을 통틀어 우리는

용액이라고 합니다

이 모두를 통틀어 용액이라고 불러요

용액은 용매 + 용질입니다

용매는 물이고

물은 설탕을 녹입니다

물에 의해 녹여지는 설탕은

용질입니다

지금까지의 내용을

이미 알고 계셨을지도 모르지만 저는 이 모든 내용을

확산이라는 개념을 알려드리기 위해 설명했던거에요

복잡한 개념은 아닙니다

똑같은 용기를 그려봅시다

아니, 살짝 다른 용기를 그려봅시다

확산에 대해 얘기하기 위해서 말이죠

물과 설탕으로 돌아가서

특히 물에 대해서요

여기 다른 용기가 있다고 가정하고

이번엔 공기 분자를 그려봅시다

공기의 구성성분 중 어떤 기체라도 괜찮습니다

여기 공기 분자를 그려볼게요

이 공기 분자는 기체입니다

기체 산소이죠

각각의 동그라미가 O2죠?

이 공간이 진공이라고 하고

약간의 온도가 있다고 생각할때

약간의 온도가 있다고 생각할때

여기 분자들이 어떤 종류의

운동에너지를 가지고 있죠

무작위 방향으로 운동하구요

그래서 하고싶은 말은 이 용기에서

무슨 일이 일어날까요?

이 분자들은 서로 무작위로

충돌하게 됩니다

여기 그림에서 보이듯이 오른쪽 위보다

왼쪽 아래에서 더 많이 충돌히겠죠

그래서 이 분자가 왼쪽 아래방향으로 가게되면

무언가에 충돌하게되고

오른쪽 위 방향으로 튕겨나가겠죠

그렇지만 오른쪽 위는

충돌할 분자가 없습니다

그래서 일반적으로는 용기 내의
분자들이 무작위로 운동하지만

그래서 일반적으로는 용기 내의
분자들이 무작위로 운동하지만

오른쪽 위 방향으로 운동할 확률이 더 높습니다

왼쪽으로 운동하게 되면 서로가

더 자주 충돌하기 때문입니다.

어때요 참 쉽죠?

시간이 지나면 결국에

평형상태가 된다는 말인데
자세히 설명하지는 않겠습니다

평형상태가 된다는 말인데
자세히 설명하지는 않겠습니다

혹시 궁금하시다면
열역학 강의를 참고하세요

혹시 궁금하시다면
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다시 수업으로 돌아가서
평형상태가 되면

이와 같이 될거에요

확신할수는 없지만

이런식으로 될 가능성이 있다는거죠

단지 확실한 점은 5개의 입자들이

상대적으로 퍼져있는 상태가 될겁니다

이것이 확산입니다
다시말해서

분자 또는 입자가 고농도에서 저농도로 되려는 경향입니다

분자 또는 입자가 고농도에서 저농도로 되려는 경향입니다

이 경우에는 분자들이

고농도에서 저농도가 되려는 경향에 의해

운동하게 됩니다

"선생님 농도가 무엇인가요?"

농도를 측정하는 방법은 여러가지가 있고

예로 몰농도나 몰랄농도가 있습니다

하지만 간단히 말하면 입자가 정해진 공간 내에

얼마나 촘촘하게 존재하는지

그래서 이 부분의 공간에는 많은 입자가

이 부분에는 보다 적은 양의 입자가

있는거에요

여기는 고농도
여기는 저농도입니다

여기는 고농도
여기는 저농도입니다

다른 실험에 대해서도 생각해볼까요?

이런 용액에 대해서 생각해볼까요

이런 용액에 대해서 생각해볼까요

두개의 용기를 그려보겠습니다

두개의 용기를 그려보겠습니다

두개의 용기를 그려보겠습니다

용액의 환경으로 돌아가봅시다

이건 기체였죠
그렇지만 예시로 들었기 때문에

똑같이 할게요

여기에 물이나 설탕분자보다

큰 통로가 있다고 가정해봅시다

양쪽 모두 물 분자들이 있습니다

양쪽 모두에 매우 많은 양의 물 분자들이 있습니다

양쪽 모두에 매우 많은 양의 물 분자들이 있습니다

이 물입자들은

무작위로 여러방향으로 튀어다니겠죠?

그래서 물입자가 이쪽으로 갈 확률이
또 이쪽으로 갈확률과 같죠

양쪽모두 같은 물의 양이 있다고 생각했을때죠

만약 다르면 아마

압력이 다르기떄문에 달라지죠

그렇지만 이거위에 같은것이

또이거의 위에있는거랑 같죠

그래서 더이상 어느 방향으로나 압력이

없겠죠

이유가 뭐든지, 많은양의 물입자가

오른쪽으로 가면 갑자기 여기가

더 많은 양의 물로 차겟지만

그렇게는 되지 않아요.

그래서 여기 두 용액은 그냥 물입자가 답긴 그냥 그릇이에요

자 이제 용질을 넣어봅시다

용질을 녹여요

왼쪽에 있는걸 녹여봅시다!!

여기 설탕을 넣어보아요ㅋㅋ

이것들이 작은관을통해 둘어갈정도로 작아요

그냥 제가말하는거에요

자 그럼 무슨일이 일어날까요?

여기 모든 물질들은 어떤 운동(klnetic) 에너지를 가지고 있어요

전부다 여기저기로 막튀어디닌다구요

알다시피 물이 왔다갔다해요

물이 여기로 이쪽으로 갈수도있죠

저쪽으로갈수도 있지만 결과적으론 그냥 같지만

하지만 시간이 지나면 여기 큰 설탕분자들이

오른쪽으로 지나갈수도있고

아마 이게 저쪽으로 가는 대신에

이쪽으로 갈수도 있겟죠

이게 여기랑 여기를 지나가고 이 두

그릇을 연결하는 통로를 지나면 여기에 있게 되겠죠

이건 아직 여기저기 튀고요

다시 돌아갈수 있는 가능성도 있지만

여기에 더 많은 설탕입자들이 있죠.

여기있는것들이

여기에 있는것들보다 사이드로

가게될확률이 높죠

정말 많은 입자들로 이걸 하게되면

전 4개만 하고있지만

시간이 지날수록 입자들이 퍼져서 농도가

모두 같아지겠죠

그래서 여기 두개를 가지게 되겠지요

그냥 3~4개의 분자만 다룬다면

아마 그렇게 되지 않을 확률도 있겟죠

하지만 그럴일없이 엄청많은수의 분자를

다루는 것이기에 그렇게 되겠죠

어쩃든 이 모든 과정이

높은 농도의 그릇에서 낮은농도의

그릇으로 퍼지는 그리고 낮은농도에서

높은농도로 퍼지는

분자들을 봣죠

확산을 한거에요

이게 확산이에요

이게 확산이에요

우리가 확산이라는 개념과 같이 사용되는

단어를 배웠죠

처음 시작할때, 여기는 높은 농도

왼쪽의 그릇은 더 높은 농도를 가지고 있죠

더 높은 농도를

관계있죠?

이녀석보다 더 높죠

그리고 여기 이녀석은 낮은농도를 가지고 있죠

낮은 농도

이 단어들은 이것들을 위한거에요.

이 고농도의 용액은

고장액(hypertonic solution) 이라고해요

노랭이색으로 써볼께요

고 장 액 hypertonic solution

하이퍼(hyper), 라는 뜻은 보통 무언가가 많다는거죠

매우 많다는거에요.

그리고 이 저농도 용액은

저장액(Hypotonic solution)이라고 해요

전에 들어봤을수도 있어요

오래동안 밥은 안먹으면
"나 저혈당증걸린거같아"

이러죠, 무슨말이냐면

어지럽다는거에요 밥을 못먹어서

왜그러냐면 피에 충분한 당이 돌지 못해서

쓰러질거같은거죠 그래서
밥이막 떙기는 거에요.

막 지금 사탕을 먹으면

고혈당이되서 막 기분이 좋아지겟죠

이단어들은 알아두면 참좋아요.

Hypertonic - 많은 용질이 있어서

고농도라는거죠

Hypotonic - 용질이 충분하지 않아서

낮은 저농도가되는거고요.

참알아두면 좋은단어죠.

일반적으로 확산에는, 만약 확산을 막는

장애물이 없다면, 용질들이

고농도에서, 또는 고장액에서

저장액으로

농도가 낮은곳으로 이동하게되요.

자 여기 흥미로운 실험을 하나 해봅시다.

여지껏 확산에 대한 이야기를 나눴죠

용질의 확산에 대해서 말했죠 그죠?

하지말 인반적으로 항상 용질만 확산하는것이 아닙니다.

일반적으로 더 적게 들어있는것이 용질이고

더 많이 들어있는것이

용매에요

가장흔한 용매는 물이지만

꼭 물이여야 하는건 아니죠

알코올(alcohol)일수도 있고

수은(mercury)일수도 있죠.

어떤 분자들의 조합할수도 있지만, 대부분의

생물학적이나 화학적 시스템에서는

물이가장 일반적인 용매에요.

용매는 다른것들이 녹아들어가는거죠.

하지만 용질이 너무 커서 통로를 못지나가지만

물은 작아서 지나갈수 있다면 어떻게 될까요?

이상황에대해서 생각해봅시다.

좀 흥미로운것을

해볼게요.

여기 그릇이 있다고 합시다.

그냥 안그릴께요.

그냥 밖에 있는 환경에

많은물이 있다고 할게요.

여기느 그냥 밖 환경이에요.

그리고 여기 어떤 막이 있다고 할게요.

여기 막있죠

물이 나가고 들어갈수 있어요.

반침투성(semi-permeable)이에요

물은 침투가 가능하지만 용잘는
막을 통해

들어갈 수 없어요.

용질이 설탕이라고 합시다.

여기 밖에 물이 있고

막안에도 물이 있어요.

여기 작은것들이 물분자에요.

여기 막이있죠.

여기 또 설탕분자가 있다고 생각합시다.

설탕으로 합시다.

어떤것이든 될수있죠

여기 설탕문자가 있어요.

조금더 크죠, 사실 엄청 더 클수도 있어요.

사실 성탕분자는 물보다 훨씬더 커요.

여기 엄청 많이있지만

4개만 그릴게요.

하지만 물분자가 훨신더 많죠.

여기서 물분자가 훨신 많다는것을 표현하기위해

이렇게 그렸습니다.

여기 막이 반침투성이에요.

투과성(Permeable)이란 물질을 지나가게
할수있다는 뜻이에요.

반침투성이란, 일부만 지나가게
한다는 것이죠.

그래서 여기서 반침투성이라는말은

물만 막을 통화 할수 있다는거죠.

물이 지나가지만, 성탕은 못지나가죠.

성탕은 크기떄문에.

여기 막(membrane)을 확대해보면

이렇게 생겼을거에요.

여기 확대할게요.

여기 작은 구멍들이 있는데.

물분자는 이정도로 크기떄문에

여기 지나갈수 있죠.

그래서 물은 들어갔다가 나왔다가 할수있죠.

하지만 설탕은 이정도 크기이기에

여기 지나갈 수 없어요.

구멍크기에 비해 너무 크기때문에

사이를 지날수 없어요.

자 여기서 그럼 어떻게 될까요?

자 먼저, 용어들을 써봅시다.

기억해요 용질(solute)은 설탕이고

물은 용매(solvent)

반침투성(semi-permeable) 막

어느쪽의 막이 높거나 혹은 낮은

농도의 용질을 가지고 있죠?

안쪽이죠

안쪽은 고장성(hypertonic)이죠.

바깥이 낮은농도를 가지고 있으니까

저장성(hypotonic)이죠

자 만역 여기 구멍들이 컷더라면

이것들이 튀어다니면서

물이 여기저기로 가면서

지나다닐 가능성이 - 아 사실

잠시뒤에 애기할게요.

만약 모든것이 지나다닐수 있지만 모두 같아지겠죠

여기가 다 열려있으면 결국

여기저기로 이동하면서

양쪽이 같은 농도가 되겠죠.

일반적인 확산인

고농도에서 저농도로

용질이 저농도로 가는것이 성립되죠.

하지만 이 상황에서

그렇게 될수 없죠.

물밖에 지나갈수 없으니까.

여기 이것들이 여기 없었으면

물이 여기저기로 갈 확률이

다 같은거죠.

하지만 여기 오른쪽

또는 막안의 설탕들떄문에

여기이게 안쪽의 막을 확대한거죠

설탕들때문에

막에 가까이갈 확률이

다른쪽의 물들보다 적죠.

그레서 물이 들어올 확률이 나갈확률보다
높죠.

확실하게 해두고싶은건

여기 설탕분자들이 여기 없었다면

서로 같은방항으로 움직일 확률이 같죠

자 여기 설탕분자들이 있죠

여기 오른쪽에 있어요.

설탕들이 물이 나가는걸

방해하기에 물이 막쪽으로 가기 힘들죠.

절대 스스로 지나가기 힘들죠

막고있는건 아니고

무작위로 움직이죠.

그래서 물분자가 가까이가면

여러가지 확률들을 생각하고 있고

정말 많은양의 분자들을 다루는것이기에

나가기 힘들죠.

하지마 밖에 있는 물들은

안들로 들어갈때에 방해하는 것들이 없기때문에

안쪽으로 들어갈 수 있죠.

이상황에서 반침투성 막에서

물을 가지고 있죠.

결국 결과적으로 물이 안쪽으로 더 많이 들어가는
결과를 얻게되요.

흥미로운 부분이죠.

용매가 저장액에서

고장액으로 이동하죠

하지만 저장액의 용질을 말하는거죠.

하지만 물은 반대로 얘기하면

설탕을 용매를 썻다면

고농도의 물에서 저농도의 물로 움직였다고
할 수 있는거에요.

혼란스럽게 하고 싶지 않지만

여기서 사람들이 가장 헷갈려 해요.

어떻게 돌아가는지 생각만하면되요.

상황이 어떻던지, 용액이

서로 농도를 서로 같게 하려는거죠.

서로 농도를 서로 같게 하려는거죠.

양쪽의 농도를 최대한

같이 하기위해서는

마술이 아니죠

다 이게 가능성에따라 달라지고

이것들이 어떻게 움직이는거에 따라 달라지죠.
이상황에서는 물이

안쪽으로 더 들어간다는 거에요.

사실상 물이 저장액에서

저장액은 용질의 양을 말하는거죠

여기서는 설탕의 고장액으로 가는거죠.

이게 사실 늘어날수 있어서

더 많은 물이 들어갈수 있죠

막이 늘어나면서.

더 많은 세부상항을 들어가지 않겠지만

물이 용매라는부분에서

용매(물)이 반침투성의 막을 지나는것을

삼투(osmosis)현상이라고 해요.

삼투에 대해 들어봤을 거에요.

머리에 책을 대기만해도 뇌에 내용이 스며드는거죠(농담)

같은거죠 하핳

물이 막을 지나서

농도를 같이 마추는거죠

여기 높은농도가 있고

여기 낮은농도가 있아요.

여기 막이 없다면, 이 큰 분자들은

지나가겟지만, 반침투성이기에

지나갈수 없죠.

마술이 아니죠

물이 지나가면서

농도를 마추는거에요.

결국, 여기 적은 분자가 있지만

여기보다 높지 않은 농도를 가지고 있죠

모든것이 가능하다면,

많은 농도를 가지고 있지않지만 오른쪽에 비해

오른쪽이

물로 채워지기에 더 많은

부피를 가지게 되겠죠.

다시한번말하면

오른쪽으로 물이 갈 확률이 같은 농도를 마추기위해

왼쪽으로 갈 확률과 같죠

하지만 확실히 말해서

확산이란 입자가 고농도에서 저농도로

이동하는것을

말하는거고.

삼투란 물이 움직이는것을 말해요.

보통 물이 확산한다고하면 삼투를 말하는거죠.

용매는 보통 말할때

반침투성을 지날때,용질이

통과할수 없을때를 말하죠.

여튼 제 강의를 듣고 도움이 되셨으면 좋겠습니다

여튼 제 강의를 듣고 도움이 되셨으면 좋겠습니다