물관을 통한 물의 수송에서 응집력과 장력이 작용할 때 수소 결합은 어떤 역할을 하나요?
안녕하세요. 식물체 내에서 물관을 통해 물을 수송이 일어날 때 물의 수송에서 응집력과 장력이 작용하여 물의 이동이 가능하다고 하던데 수소 결합은 어떤 역할을 하나요?
물관을 통한 물 수송에서 수소 결합은 물 분자 사이를 연결하여 서로 강하게 끌어당기는 힘, 즉 응집력을 발생시키는 핵심적인 역할을 합니다. 잎에서 증산작용에 의해 물이 증발하며 만들어지는 장력이 물관 속의 물기둥을 위로 끌어올릴 때, 물 분자 간의 수소 결합이 이 물기둥이 중간에 끊어지지 않도록 유지시켜 주기 때문에 뿌리에서부터 흡수된 물이 잎까지 성공적으로 수송될 수 있습니다.
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
물 분자끼리의 수소결합이 강한 응집력을 만들어 연속적인 물기둥을 유지하게 하고, 잎의 증산이 만든 장력에 의해 이 물기둥이 끊기지 않고 위로 끌려 올라가도록 도는답니다.
식물체 내 물의 수송에서 수소 결합은 물 분자 간의 응집력과 물 분자와 물관 벽 사이의 부착력을 형성하는 핵심적인 역할을 합니다.
물 분자는 산소 원자가 부분적으로 음전하를, 수소 원자가 부분적으로 양전하를 띠는 극성 분자입니다. 이러한 극성 때문에 한 물 분자의 수소 원자가 다른 물 분자의 산소 원자와 서로 끌어당기는 수소 결합이 형성됩니다. 이 결합 덕분에 물 분자들은 서로 강하게 뭉쳐 끊어지지 않는 물기둥을 형성하게 됩니다.
식물 잎의 증산 작용으로 물이 증발하면 물관 내부에 장력이 발생해 아래의 물기둥을 위로 끌어올립니다. 이때, 수소 결합으로 인한 물의 강한 응집력이 물기둥을 끊어지지 않게 유지하며, 부착력이 중력에 저항하여 물기둥을 지탱해 줍니다.
따라서 수소 결합은 물이 중력을 거슬러 식물 꼭대기까지 이동하는 응집-장력설의 원리를 가능하게 하는 근본적인 힘이라 할 수 있습니다.
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 식물체 내에서 물이 뿌리에서 잎까지 수송되는 과정은 응집-장력설로 설명할 수 있으며, 이때 물 분자 사이의 수소 결합이 핵심적인 역할을 합니다.
우선 물 분자는 극성을 띠고 있어 한 분자의 산소와 다른 분자의 수소 사이에 수소 결합이 형성되는데요, 이 수소 결합 덕분에 물 분자들은 강하게 끌어당겨 서로 연결된 연속적인 물 기둥을 형성할 수 있습니다. 이때 만약 수소 결합이 없다면, 물 분자들은 쉽게 분리되어 긴 관을 따라 수 m ~ 수십 m 이상 끌어올려질 수 없습니다.
또한 잎의 기공을 통해 수분이 기화하면, 잎 세포 벽에 있는 물이 당겨져 위쪽으로 장력이 발생하는데요, 이 장력이 아래쪽의 물관에까지 전달되어, 뿌리에서 잎까지의 물 기둥 전체를 위로 끌어올립니다. 이때 물 기둥이 끊기지 않고 장력이 전해질 수 있는 이유가 바로 수소 결합으로 형성된 응집력 덕분입니다. 또한 물은 셀룰로오스 성분으로 이루어져 있는 물관 벽에 있는 극성 작용기와도 수소 결합을 형성하여 관 벽에 달라붙는데요, 이 부착력 덕분에 장력에 의해 아래로 떨어지지 않고, 관 벽을 따라 안정적으로 이동할 수 있는 것입니다. 감사합니다.