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정수기 원리로 노벨상을 받았다? 반트호프의 법칙

안녕하세요, 한화토탈 블로그 지기입니다. 우리의 일상에서 없어서는 안 되는 소중한 물! 깨끗한 물을 필요할 때 언제든 마시고, 사용할 수 있다는 건 사실 큰 축복인데요.


우리가 일상 속에서 매일같이 사용하는 안전한 물은 어떻게 만들어질까요? 오늘은 깨끗하고 안전한 물을 만들기 위해 사용되는 과학 원리, 삼투압과 반트호프의 법칙에 대해 알아보겠습니다!

 

 

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주변에서 볼 수 있는 삼투압

   

정수기의 원리를 알아보기 전, 우선 삼투 현상에 대해 알아야 하는데요. 삼투 현상은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 현상입니다. 목욕탕에서 나왔을 때 손가락을 보면 주름이 생겨 있던 경험들 다들 해보셨을 텐데요. 사람의 체액은 목욕탕의 물의 농도보다 높아, 몸 밖의 물이 우리 몸으로 들어오면서 붓게 돼 주름이 생기는 거죠.


우리나라 대표 음식인 김치도 삼투압을 이용한 음식입니다! 배추를 소금물에 담가 물의 농도를 배추보다 높게 만들어 배추의 숨을 죽이는 건데요. 배추의 수분을 줄여 미생물이 번식하는 것을 막아 오래 보관하기 위한 방법입니다.


이렇게 물이 이동할 수 있는 반투막을 사이에 두고 물이 농도가 낮은 쪽에서 농도가 높은 쪽으로 옮겨갈 때 생기는 압력을 ‘삼투압’이라고 합니다.

 

 

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정수기의 원리는 삼투압의 반대, 역삼투압!

  

그렇다면 이제는 정수기에 적용되는 과학 원리에 대해 알아볼까요? 우리가 마실 깨끗한 물은 오염된 물보다 농도가 낮습니다. 이 때문에 자연적으로 일어나는 삼투 현상에서는 물의 이동이 깨끗한 물에서 오염된 물로 옮겨가죠. 이렇게 되면 오염된 물만 늘어나게 됩니다. 때문에, 물을 정수하기 위해서는 삼투 현상의 반대가 일어나야 합니다!


물을 깨끗하게 하는 정수 과정에는 ‘역삼투’ 현상이 일어나는데요. 삼투압보다 더 높은 압력을 삼투압의 반대 방향으로 작용해, 순수한 물이 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흐르게 되는 현상입니다. 이때 작용하는 압력을 ‘역삼투압’이라고 합니다.

 

 

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정수기에서 물을 정화되는 4단계 과정 

   

정수기를 통해 물이 정수되는 과정에는 역삼투 외에도 침전, 여과 등 여러 현상이 일어납니다. 때문에 정수기에는 4가지 종류의 필터가 각자의 역할을 하는데요.


우선 여러 종류의 찌꺼기 등을 걸러주는 역할인 세디멘트 필터를 거쳐 프리카본 필터에서 소독냄새와 화학물질을 제거해 줍니다. 그리고 역삼투를 활용해 0.001~0.0001 마이크로 단위로 각종 세균과 중금속 걸러주는 멤브레인 필터를 거칩니다. 마지막으로 흡착의 성질을 이용해서 냄새를 제거하고 물맛을 좋게 하는 기능인 포스트카본 필터를 통해 우리가 마시는 정수기의 물이 완성됩니다. 


오늘날의 가정용 정수기의 80%는 역삼투압 방식을 이용하는데요. 3단계 필터에서 물을 정수하는 방식에 따라 역삼투압 방식, 중공 사막 방식 등으로 정수기가 분류된다고 합니다.

 

 

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삼투압을 발견해 노벨상을 수상한 과학자, 반트호프! 

   

이처럼 역삼투를 이용하면 깨끗한 물을 쉽게 얻을 수 있는데요. 이는 삼투압의 압력을 계산하고, 이를 이용해 역삼투를 활용할 수 있는 방법을 이론적으로 증명한 화학자, 반트호프(Jacobus Henricus van't Hoff, 1852~1911)의 연구 덕분입니다. 


반트호프의 주된 업적은 연구를 통해 용액의 삼투압을 구하는 공식을 정립한 것인데요. 이상적인 상태에서 액체의 움직임이 기체와 비슷하다는 것을 ‘반트호프의 식’으로 증명해냅니다. 반트호프는 이와 같은 연구로 인해 최초의 노벨화학상을 수여하게 되죠.


오늘은 정수기의 원리인 역삼투에 대해 알아봤는데요. 제 1호 노벨화학상 수상자가 삼투압을 증명해낸 반트호프였다니 정말 신기하네요! 우리가 매일 마시는 물에 숨어있는 과학이야기 다들 재미있으셨나요? 다음에도 더 흥미진진한 과학법칙으로 돌아올 테니 기대해 주세요! 

 

 

 

 


  

종합 케미칼 & 에너지 리더,

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