자세히 보면 처음에는 타는 연기가 보입니다. 하지만 시간이 지나면 연기는 보이지 않게 되죠. 향수를 사용해 본 적 있으신가요? 방에 향수를 뿌려도 집 밖에서도 향기를 맡을 수 있습니다. 마찬가지로 어머니께서 부엌에서 맛있는 음식을 만드시면 이웃집에서도 그 향기를 맡을 수 있죠. 왜 그럴까요?
확산 이해하기
이 외에도 많은 예가 있습니다. 맑은 물 한 컵에 잉크나 식용 색소를 몇 방울 떨어뜨리면 잉크나 색소가 물 전체에 고르게 퍼집니다. 이는 자동으로 일어나는 현상입니다. 앞서 언급한 예들은 일상생활에서 흔히 접하는 확산 현상입니다. 확산이란 물질의 분자가 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 과정입니다. 농도는 단위 부피당 물질의 분자/몰 수를 나타냅니다. 농도가 높은 곳은 단위 부피당 물질의 분자가 많은 곳이고, 반대로 농도가 낮은 곳은 단위 부피당 분자가 적은 곳입니다.
쓰레기를 소각할 때, 소각로 주변의 연기 농도는 일반적으로 상당히 높습니다. 농도 차이 때문에 연기 분자는 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 자연스럽게 퍼져 나갑니다. 처음에는 한 곳에 뭉쳐 있던 연기 분자들이 결국 사방으로 흩어지게 되는 것입니다.
몸에 향수를 뿌리면 향수가 뿌려진 부위는 향수 농도가 높습니다. 이러한 농도 차이 때문에 향수 분자는 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동합니다. 마찬가지로 맑은 물 한 컵에 잉크나 식용 색소를 몇 방울 떨어뜨리면 잉크나 식용 색소가 처음 떨어진 곳은 농도가 높습니다. 이러한 농도 차이 때문에 잉크나 식용 색소 분자는 농도가 낮은 곳으로 퍼져 나갑니다. 확산 과정은 물 전체의 잉크 분자 농도가 같아지면 멈춥니다.
확산과 운동론
확산 과정은 운동론을 이용하여 설명할 수 있다는 점을 알아두는 것이 중요합니다. 운동론에 따르면 모든 물질은 분자로 구성되어 있으며, 이 분자들은 끊임없이 무작위로 움직입니다. 이를 이해하기 위해 아래 이미지를 살펴보세요. 용기 전체가 물로 채워져 있습니다. 잉크가 용기 안으로 떨어졌기 때문에 용기 표면의 물의 농도가 바닥의 물보다 높습니다.
C1 는 실린더의 일부 또는 물의 일부로서 농도가 높은 부분을 의미하며, C는...2 원통의 중심부 또는 물 속에서 잉크 농도가 낮은 부분을 말합니다. 분석을 단순화하기 위해 원통 중심부에서 잉크 분자의 움직임만 살펴보겠습니다.
C1 지점의 잉크 분자 수는 C2 지점의 잉크 분자 수보다 많습니다(고농도) . 잉크 분자는 끊임없이 무작위로 움직이기 때문에 C1 지점의 잉크 분자는 원통 중심( Δx )으로 이동할 확률이 더 높습니다 . 반대로 C2 지점의 잉크 분자 수는 매우 적 으므로 원통 중심( Δx ) 으로 이동할 확률이 매우 낮습니다.
확산 속도
따라서 잉크 분자는 C1에서 C2 로 총 이동하게 됩니다 . 생리학자 아돌프 픽(Adolf Fick, 1829-1901)의 연구에 따르면 확산 속도는 농도 차이(C2 - C1 ) 에 정비례 합니다. 농도 차이가 클수록 물질 분자의 이동 속도가 빨라지고, 반대로 농도 차이가 작을수록 물질 분자의 이동 속도는 느려집니다. 이는 농도 차이가 분자의 이동 속도에도 영향을 미친다는 우리의 가정과 일치합니다. 물질 분자(특히 기체)는 확산 외에도 바람을 이용하여 이동할 수 있습니다.
일상생활에서의 확산 응용
확산이 없다면 사랑하는 파트너는 당신의 향수 향기를 즐길 수 없을 거예요. 확산이 없다면 부엌에서 어머니가 요리하시는 맛있고 식욕을 돋우는 향기가 당신의 몽상을 깨뜨리고 식탁 위의 영양가 있는 음식을 빨리 먹고 싶게 만들지도 못할 거예요. 😉 확산은 인간, 동물, 식물 등의 생존에도 매우 중요한 역할을 합니다.
식물은 일반적으로 광합성을 위해 이산화탄소(CO2 )를 필요로 합니다. 잎 내부와 외부 공기 사이의 CO2 농도 차이 때문에 CO2 분자는 기공을 통해 잎 내부로 확산됩니다. 반대로 수증기와 산소는 외부로 확산됩니다. 식물뿐만 아니라 고양이, 쥐 등도 확산이 일어나지 않으면 질식할 수 있습니다. 식물은 광합성 에 CO2가 필요하지만 , 고양이, 쥐 등은 모든 에너지 생성 반응에 산소가 필요합니다. 산소 분자는 확산을 통해 세포에 도달합니다.
