염분

염분

■ 염류 - 염화나트륨과 염화마그네슘

일상생활에서 염분은 소금기라는 의미로 사용되는 경우가 많습니다. 과학에서는 염분을 해수 1kg에 녹아 있는 염류의 총량이라는 뜻으로 사용합니다. 즉, 염분은 소금(염화나트륨)뿐만 아니라 해수에 녹아 있는 물질의 총량이 어느 정도인지를 뜻하는 말입니다.

해수의 염류 중에서 가장 많은 양을 차지하는 염화나트륨(NaCl)은 염소와 나트륨의 화합물이며 식용 소금의 주성분입니다. 소금은 짠맛을 내며 무색 투명한 결정으로 사람의 체액에 존재하고 삼투압 유지에 중요한 역할을 하므로 사람이 살아가는 데 없어서는 안 되는 아주 중요한 물질입니다. 나트륨 이온과(Na+) 염화 이온(Cl-)이 포함되어 있어 물에 잘 녹으며 바닷물 1kg 중 약 27.21g이 들어 있습니다. 염화나트륨은 바다의 염전이나 육지의 암염 등에서 얻을 수 있습니다. 염산·수산화나트륨 등의 제조 원료로 사용되고 조미료, 된장, 간장의 원료로 사용되기도 합니다. 또한 도자기의 유약, 생리적 식염수, 링거액과 같은 의약품에도 사용됩니다.

해수의 염류 중에서 두 번째로 많은 양을 차지하는 염화마그네슘(MgCl2)은 염소와 마그네슘의 화합물입니다. 염화마그네슘은 흡습성이 높아 공기 중에 방치하면 대기 중의 습기를 흡수하여 반액체 상태가 되는 특징이 있습니다. 또한 염화마그네슘은 간수의 주성분입니다. 간수는 바닷물에서 소금을 만들 때 소금을 만들고 난 후 남은 액으로 염화마그네슘이 공기 중의 수분을 흡수하여 끈적끈적해져 녹아 나오는 짜고 쓴맛의 액체입니다. 간수는 단백질을 굳게 만드는 성질이 있어 두부를 만들 때 사용하였습니다. 하지만 해양 오염의 문제로 식품에 넣는 것이 금지되어서 현재는 간수에서 주요 성분인 염화마그네슘을 따로 분리하여 가루 응고제로 사용하고 있습니다. 염화마그네슘은 이 외에도 목재의 방부제, 제습제, 양모의 정제 등에 쓰입니다.

염분을 나타내는 단위로는 ‰(퍼밀), psu(practical salinity unit, 실용 염분 단위)가 있습니다. ‰(퍼밀)은 해수 1kg 안에 용해되어 있는 염류의 총량을 천분율로 나타낸 것입니다. psu는 액체의 전기 전도도를 측정한 단위로 전기 전도도와 염분 사이의 일정한 관계를 이용하여 염분을 나타낼 때 사용하는 단위입니다. psu는 상대적인 값을 나타낸 것이기 때문에 무차원 값이며, ‰과 psu의 값이 큰 차이가 나지 않지만 두 단위를 동일한 것으로 생각해서는 안 됩니다. 해양학자들은 1981년 UNESCO 보고서에서 염분 단위를 퍼밀에서 psu로 바꾸기로 하였으며, 현재 해양학자들은 ‰은 사용하지 않고 있습니다.

전 세계 해수의 평균 염분은 약 35 psu이며, 우리나라 주변 해수의 평균 염분은 약 33 psu입니다. 발트 해에서는 염분의 농도가 10 psu 이하이며, 홍해의 염분은 45 psu입니다. 세계에서 가장 염분이 높은 곳은 사해(死海, Dead Sea)입니다. 사해는 바다라고 불리기는 하지만, 사실은 아라비아 반도 북서부에 있는 호수입니다. 사해의 염분은 약 300 psu 정도로 해수 평균 염분의 9배 정도입니다.

▲ 염분이 높아 몸이 뜨는 사해(출처: 에듀넷)

■ 염분 측정 방법

염분의 측정 방법은 18세기까지만 해도 분석 방법이 정밀하지 않아서 염분 측정이 어려웠지만 19세기 초에 일정 성분비에 대하여 알려지고 정확한 분석 방법이 생기면서 측정 및 분석이 가능해졌습니다. 가장 표준이 되는 염분 측정 방법은 Mohr-Knudsen 적정법으로 질산은에 의한 염소 적정법입니다. 채수병에 바닷물을 담아온 후 바닷물에 가장 많이 포함되어있는 염소의 양을 염화은으로 적정을 하여 염소의 양을 측정한 후, 다른 성분과의 비율로 환산하여 전체의 염분의 양을 측정하는 방법입니다.

최근에는 바닷물에 포함된 염분에 양에 따른 전기 전도도의 차이를 이용하여 염분을 측정하기도 합니다. 염분이 증가하면 바닷물의 전기 저항이 감소하여 전기 전도도가 증가하게 되는 것을 이용해서 관측 장비로 바닷가에서 수심에 따른 염도를 측정할 수 있습니다. 또, 다른 방법으로 굴절도와 비중계를 이용한 것이 있습니다. 굴절도를 이용한 방법은 바닷물에 포함된 염분의 양에 따라 빛이 굴절되는 정도가 변하는 원리를 이용한 것입니다. 휴대가 간편하여 수시로 염분을 측정할 수 있고 저렴하지만 정확하지 않은 것이 단점입니다. 비중계를 이용한 방법은 바닷물 내의 염분에 따라 밀도가 달라지는 원리를 이용한 것입니다. 사용이 편리하고 값이 저렴하지만, 정확도가 떨어지고 온도에 따라 달라질 수 있으므로 보정이 필요하다는 단점이 있습니다.

▲ 전기 전도돌 염도를 측정하는 장치(출처: 에듀넷)

[자료출처: 에듀넷]