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pH-산성과 알칼리성
james (211.♡.20.147)
12-01-01 00:00
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pH-산성과 알칼리성
농도 높은 수소이온 혹은 농도가 낮은 수산화물의 상대적인 농도가 물의 산성 혹은 알칼리성을 결정하며, 산성과 알칼리성은 pH로 표시되는데 이는 액체 안에 존재하는 플러스 수소이온(H+) 와 마이너스 수산화이온(OH-) 의 균형을 나타내고, 액체가 많은 수소이온을 가지고 있으면 pH값이 0에서 7까지로 산성으로 분류되며, pH 0은 아주 농도 높은 산성으로 우리의 피부를 태울 수 있을 정도이고, 4.0 혹은 5.5는 약산성을 나타내는데, 예를 들어 레몬에 신맛을 가지게 하는 구연산은 약산성이며, pH 척도는 대수로 되어 있는데 대수는 각 단계의 척도가 고정된 숫자만큼 곱해집니다. pH의 경우 고정된 숫자는 10이어서 각 단계별로 10배의 변화가 있게 되며, pH6에서 pH7로 변화되는 경우의 예를 들면 산성이 10배가 감소되었다는 것을 나타내는 것입니다.
수산이온이 많이 포함된 용액은 알칼리성으로 고려되며, pH가 7보다 높고 9를 넘는 것은 농축 알칼리성으로, 예를 들어 수산화 나트륨은 pH14로 만지면 위험하며, 베이킹 소다는 이에 비해 pH가 약 8정도 됩니다. 순수 물은 pH7로서 중성을 띄고, 민물 안에서는 눈을 뜰 수 있는데 왜 바닷속에서는 눈을 뜨면 따끔거리고 아픈지 궁금했던 적이 있는가? 이는 바닷물의 pH는 약 7.8에서 8.3정도로 약한 알칼리성으로, pH7과 pH8의 차이가 10배가 된다는 것을 기억하면 이 소금물(소금이 용해되어)의 약 알칼리성이 왜 눈을 아프게 하는지 이해가 될 것입니다.
민물 수역은 항상 중성이 아니고 높은 산성에서 높은 알칼리성까지 다양한 pH를 가질 수 있으며, 민물 수역의 pH는 지역적인 이유와 사람이 만들어낸 이유로 급격하게 변할 수 있고, 그러나 대양의 pH는 완충되기 때문에 비교적 안정적입니다. 완충제(Buffer)는 용액이 지나치게 산성 혹은 알칼리성으로 되는 경향을 줄여주는 물질로, 바닷물은 주로 자체의 이산화탄소 내용물로 완충이 되며, 이산화탄소는 물과 결합해질 때 수소이온이 방출되거나 결합되는 몇 가지 화학적 반응이 일어납니다. 물이 너무 알칼리성이 강하면 그 반응으로 수소이온을 방출시켜 산성에 가깝게 만들고, 그 반대로 물이 산성이 강하면 다른 반응들로 수소이온과 결합해져 알칼리성을 만듭니다. 이 탄소순환은 아주 중요하나 대양의 pH를 상대적으로 안정적으로 만드는 복잡한 절차로 이루어 집니다.
바닷물의 pH가 비교적 안정적이나 수심에 따라서 변화가 있고, 이산화탄소가 수심에 따라서 변화되기 때문으로, 투광층(Photic zone)이라 불리는 위쪽의 태양광이 투과되는 지역은 광합성을 하는 유기체의 밀도가 가장 크며, 이 유기체들은 이산화탄소를 이용하여 물을 약간 덜 산성이 되게 만들고, 또한 수면의 물은 비교적 따뜻하여 용액 안에 이산화탄소가 줄어드는 경향을 가지게 합니다. 일반적으로 따뜻하고 생산적인 물(많은 유기체가 성장하는 물)은 pH가 약 8.5에 달하며, 대양의 중간 수심은 pH가 약간 변화할 수 있고, 해양 동물과 다른 생명체의 호흡으로 더 많은 이산화탄소가 포함되어 있을 수 있으나, 이는 물의 pH를 낮게 만들어 약간 더 산성을 띄게 합니다.
대표적인 산성식품은 레몬주스, 와인, 사과, 오렌지 등이며, 우유, 계란흰자 등은 약 산성 또는 알칼리성에 가까운 식품입니다.
약 1000미터의 수심에서는 유기체의 활동이 적어지고, 이 결과로 호흡의 감소가 원인이 되어 이산화탄소 량이 적어져 이 중간 수심의 물을 약간 더 알칼리성을 띄게 만들며, 약 3000미터 이상의 수심에서는 물은 다시 산성을 띄게 됩니다. 이는 가라앉은 유기체의 부패가 시작되면서 이산화탄소를 발생시키나 이 수심에는 이를 완충시킬 물질이 존재하지 않기 때문으로, 덜 산성으로 또는 더욱 산성으로 물이 변화하는 수심은 칼슘 보상 심도(Calcium Compensation Depth: CCD)라고 하며, 이 CCD 이하의 물은 탄산칼슘으로 되어 있는 죽은 유기체의 껍질을 녹일 수 있을 정도의 산성을 띄게 됩니다.
물의 pH는 또한 유기체의 번식 능력에도 영향을 끼치며, 이 완벽한 예는 북태평양에 있는 팔라우의 대양 호수들에게서 볼 수 있고, 팔라우의 대양 호수들은 바다의 일부분으로 호수 안의 물 역시 조석간만에 따라 변화하게 되며, 그러나 이곳의 몇몇 호수들은 주변의 대양과는 완전히 고립되어 있지만, 이 호수의 물은 이 지역 섬들에서 흔히 볼 수 있는 석회암 사이를 통과하여 바다에서 흘러 들어 오게 되었고, 섬 석회암 사이의 균열을 통해 바다의 소금물이 호수 안으로 들어갈 수 있도록 된 것입니다. 이 고립된 호수들은 먹이 사슬의 강자가 적고 아주 좋은 환경을 만들어 내어 호수 엘 말크(Eil Malk)는 아주 독특한 수중 생물의 서식처가 되고 있으며, 쏘지 않는 해파리의 이 두 가지 종(Moon 해파리와 Mestiga)은 이 호수에 수백만 마리가 살고 있고, 먹이를 잡기 위해 촉수로 쏘는 것이 아니라 그들의 투명한 몸체 안에 있는 말세포를 이용하여 태양 에너지를 흡수하여 먹이를 스스로 만들어내고, 이 해파리들은 태양을 따라서 수면 근처로 올라오고 밤에는 황화수소(이 해파리들에게 영향을 주지 않는)가 녹아 있는 18미터에서 시작되는 깊은 수심층으로 이동하여, 이곳에서 그들은 이 호수의 낮은 층에 사는 박테리아로 보충합니다.
스노클러들이 수영하면서 이 해파리들과 놀 수 있는 호수의 맨 위층은 평균 pH 8.5이며, 스노클러들은 9미터보다 깊이 다이빙하지 않도록 주의해야 하는데 그 이유는 수심이 깊어질수록 다른 해양 유기체의 결여에 기인하여 호흡량이 감소되어 이산화탄소가 적어지는 이유가, 이 호수는 농도 높은 알칼리성이 되기 때문입니다.
참고문헌: The Encyclopedia of Recreational Diving(PADI), Diving Knowledge Workbook(PADI), 코스디렉터 강정훈
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