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달톤의 법칙/Dalton's Law 2)
james (211.♡.20.147)
14-01-17 19:24
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달톤의 법칙/Dalton's Law 2)
기체에 따른 부분압은 다이빙에서 매우 중요합니다. 보일의 법칙에 대비된 수심에서 호흡하는 것에 대한 중요성과 함께 수심에서는 수면에 비해 각 호흡마다 더 많은 기체 분자들을 들이마시게 되는 것을 알 수 있습니다. 이 말은 기체 혼합체의 각 기체 퍼센트는 변함이 없으나 압력이 증가함에 따라 호흡하는 기체 분자의 숫자는 많아지고, 예를 들어 수면의 이론적 폐 용량이 100 x 1021 공기 분자를 담을 수 있다고 보면, 79 x 1021만큼이 질소분자이고 21 x 1021만큼이 산소가 됩니다. 만약 수면에서 순수 산소를 호흡하게 되면 산소는 100 x 1021만큼 차지하게 됩니다.
공기로 다시 돌아와서, 만약 압력이 5배 증가하게 되면, 바닷물 40미터에서 다이빙 하는 경우, 같은 폐 용량을 유지하기 위해서 500 x 1021만큼의 분자를 호흡해야 하며, 이 새로운 부피는 395 x 1021만큼의 질소분자들(105 x 1021 의 79%)과 105 x 1021만큼의 산소분자들(105 x 1021 의 21%)을 호흡하게 되고, 105 x 1021 은 수면에서 100% 산소를 호흡하는 분자량과 거의 같음에 주목하게 됩니다.
분자숫자를 세는 대신 달톤의 법칙은 부분압을 이용할 수 있음을 알려주며, 그래서 이 같은 예에서 산소의 부분압을 알아보면 수면에서 공기를 호흡할 때 PO2는 0.21 바/ata(0.21 x 1바/ata)지만 100% 산소를 호흡할 때 PO2는 1.0 바/ata(1.0 x 1바/ata)가 되고, 바닷물 40미터에서 공기를 호흡할 때 PO2는 역시 1.0바/ata(해수 40미터의 절대압 5바/ata: 0.21 x 5바 = 1.05바/ata)가 됩니다.
그러므로 산소의 인체에 미치는 영향은 수면에서 100% 산소를 호흡하는 것과 해수 40미터에서 공기를 호흡하는 것과 같게 되며, 인체생리학적으로 보면 기체의 영향은 그 기체의 부부압에 따라 달라지고, 다른 기체들 역시 그 자체의 영향을 가질 수 있으나 혼합체 안의 다른 기체를 생각할 때 이는 중요하지 않습니다.
이것은 레크레이셔널과 테크니컬 다이빙에게 특히 중요하며, 그 이유는 산소의 부분압이 1.4바/ata를 넘게 되면 산소가 독성을 가지기 때문이고 레크레이셔널 다이빙 한계 내에 머물고 공기를 사용하는 경우, 이 한계를 넘지 않을 것이나 엔리치드 에어 나이트록스(EANx-공기보다 높은 산소분압을 가진 산소와 질소 혼합체)를 사용하는 경우 이 한계를 초과할 수 있고, 각각 다른 EANx 블렌더들은 다른 산소분압을 가지고 있어서 산소 부분압이 1.4바/ata에 달하는 수심이 각각 최대 수심으로 설정됩니다.
테크니컬 다이빙에서는 67미터를 넘을 경우 보통 공기가 오히려 너무 많은 산소를 가지게 되어, 텍 다이빙에서는 산소의 부분압을 줄이기 위해서(또한 마취적 현상을 감소시키기 위해서) 헬륨을 호흡 기체로 혼합하며, 텍 다이버들은 감압을 위해서 두 개 또는 그 이상의 기체 혼합체를 휴대하는데 각각 산소 분압과 최대 수심 역시 산소의 부분압에 기초하여 정해집니다.
달톤의 법칙은 호흡 기체가 깨끗하지 않을 경우 더욱 중요하게 되며, 달톤의 법칙을 적용함으로 우리는 특정 수심에서 호흡한 혼합체의 한 기체의 영향을 수면에서 호흡한 더 큰 퍼센트의 같은 기체의 영향과 비교해 볼 수 있고, 이것을 수면상 등가(surface equivalency) 라고 하고 이는 우리가 호흡하는 기체에 독성 오염물이 유입된 경우에는 특히 더욱 중요해 집니다.
예를 들어 잘못된 컴프레서와 부적절한 관리로 스쿠버 실린더에 실수로 0.5%의 일산화탄소가 호흡기체에 들어갔다고 보면, 이 만큼의 일산화탄소 양을 수면에서 호흡하는 것은 독성을 주지는 않을 것이나 일산화탄소의 부분압(PCO)은 0.005 바/ata(1바/ata x 0.005 = 0.005 바/ata)가 되며, 이 정도의 양이 호흡에 바람직하지는 않지만 수면에서는 그렇게 크게 해가 되지는 않습니다. 그러나 해수 40미터(5바/ata)에서는 이야기가 달라지며, 이 수심에서 PCO는 0.025바/ata(5바/ata x 0.5%)가 되고 이는 거의 독약과 같은 수준인 2.5%의 일산화탄소를 호흡하는 것과 같습니다. 실린더 안에 변한 것은 아무 것도 없으나, 그러나 부분압이 증가되었기 때문에 인체생리학적 결과는 크게 변하게 됩니다.
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참고문헌: Instructor Manual(PADI)
The Encyclopedia of Recreational Diving(PADI)
Diving Knowledge Workbook(PADI)
Divemaster Manual(PADI)
스쿠바몰(그린피스) 코스디렉터 강 정훈
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