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헨리의 법칙/Henry’s Law 2)
james (211.♡.20.147)
14-04-12 09:51
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헨리의 법칙/Henry’s Law 2)
헨리의 법칙/Henry’s Law1) 에 이어서~
물과 접촉하는 기체의 부분압과 액체 안의 기체 증기압의 차이를 압력경도(pressure gradient) 라고 부르며 이 압력경도가 높으면 물에 녹아 들어가는 기체흡수율 역시 높고 기체가 물에 녹아 들어감에 따라 경도는 감소되고 기체가 물에 녹아 들어가는 속도 역시 감소하게 됩니다. 액체 안의 증기압이 액체와 접촉하는 기체의 부분압과 평형이 될 때 더 이상 기체의 교환은 이루어지지 않게 되며(비록 액체에 같은 분자의 수가 지속적으로 오갈 수는 있지만). 이 시점에서 액체는 그 기체로 포화되었다고 말합니다.
질소와 산소로 포화상태가 되도록 충분한 시간 동안 이 물동이를 재압챔버 안에 두었다고 가정하고, 그리고 이제 더 많은 질소를 첨가하기 위해 압력을 높입니다. 이제 이 물은 더 이상 질소로 포화된 것이 아니게 되어 다시금 질소는 용액 안의 질소 부분압이 액체와 접촉하는 질소 부분압과 평형 해질 때까지 녹아 들어가게 되며, 그러나 산소의 경우, 액체와 접촉하는 산소의 부분압에는 변화가 없기 때문에 물은 포화상태를 유지합니다. 다만 여러분이 더 많은 산소를 챔버 안에 흘려 넣음으로 산소의 부분압을 높이게 되면 더 많은 산소가 용액 안으로 들어가게 됩니다. 그래서 물과 접촉하는 기체에 의해 더 많은 압력이 가해짐으로 더 많은 기체들이 물 속에 녹아 들어가게 되고, 이 기체는 물과 접촉하는 기체의 압력과 평형(포화)을 이룰 때까지 녹아 들어가게 됩니다.
이 물동이를 재압챔버에 넣고 압력을 2바/ata로 올렸다고 가정하고, 몇 시간 후 물은 산소와 질소 모두로 포화상태가 되게 되며, 만약 압력을 빼내어 1바/ata로 되돌린다면 어떻게 될까요? 물이 적은 압력과 접촉한다는 말은 용해된 기체의 증기압이 물과 접촉하는 같은 기체의 부분압 보다 크다는 말이 되며, 이로써 이 물은 과포화 상태라고 할 수 있거나 또는 그 압력에서 용액 안에 가질 수 있는 기체보다 더 많은 기체를 포함하고 있다고 할 수 있습니다. 이 경우 압력 경도가 존재하여 기체는 고압에서 저압으로 흐르게 되고, 그래서 이 기체는 물과 접촉하고 있는 기체의 부분압과 평형을 이룰 때까지 용액 밖으로 빠져 나오기(불포화되기) 시작하며, 이 물동이 안에는 압력을 빼기 전에 질소 부분압 1.58바/ata, 그리고 산소 부분압 0.42바/ata이었고, 이 챔버의 압력을 1바/ata로 되돌린 후에 산소와 질소는 질소의 부분압 0.79바/ata와 산소와 부분압 0.21바/ata에 도달할 때까지 용액 밖으로 빠져 나오게 됩니다. 다음 다이빙을 위해 수면휴식을 갖는 이유입니다.
탄산음료의 경험으로 여러분은 어쩌면 산소와 질소가 이 물동이에서 거품을 내며 빠져나올 것을 예상할 수도 있으나 사실상 그렇지는 않습니다. 이는 특정 액체는 특정 기체의 어느 정도의 과포화 상태를 기포를 형성하지 않고도 견디어 낼 수 있기 때문이며, 그 대신 기체는 물 수면에서 용액 바깥으로 확산되게 되고, 그러나 만약 너무 많은 기체가 용해되어 있다면(압력경도가 너무 크다면), 기체는 물의 수면을 통해 공기 중으로 확산될 수 있는 속도보다 더 빨리 용액에서 빠져 나오게 되며, 이 경우 기포가 형성되게 되고, 액체를 흔든다든가 하는 다른 요인 역시 쉽게 기포를 형성하게 할 수 있습니다.
이 부분이 기본적으로 헨리의 법칙이 감압과 다이빙에 관련이 되는 부분입니다. 다이빙을 하는 동안 우리는 압력에 노출되게 되며, 우리는 공기/EANx를 주변압력에 맞게 호흡하게 되고, 그래서 폐 안의 질소 부분압이 혈관 및 다른 체내 조직의 질소 부분압보다 높게 되며, 헨리의 법칙에서 이야기하듯이 이래서 질소는 우리의 체내로 녹아 들어가게 되고(산소 역시 마찬가지이나 산소는 신진대사와 생화학 과정으로 소모되기 때문에 감압과 관련된 염려가 드뭄). 우리가 수면으로 올라오면 우리의 조직들은 질소로 포화상태가 되며, 우리가 다이브 테이블과 컴퓨터의 한계 내에 머물렀다면 질소 부분압의 경도는 감압병을 일으킬 기포를 형성하지 않을 정도로 낮을 것입니다.
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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