헨리의 법칙이란?
헨리의 법칙은 일정한 온도에서 액체에 녹는 기체의 양이 그 액체 위에 있는 기체의 분압에 정비례한다는 법칙입니다. 이 계산기에서 사용하는 형태로 표현하면 용해된 농도는 \(C = k_H \times P\)가 됩니다. 여기서 C는 용해된 기체의 몰 농도(mol/L), kH는 헨리의 법칙 용해도 상수(mol/(L·atm)), P는 기체의 분압(atm)입니다.
계산기 사용 방법
먼저 다루려는 기체–용매 조합에 해당하는 헨리 상수를 입력하세요. 이 값은 온도에 따라 달라지는 표준 측정값입니다. 그다음 기체의 분압을 입력하면, 계산기가 두 값을 곱해 평형 상태에서 용해된 농도를 알려줍니다. 예를 들어 25 °C 부근에서 물에 녹는 산소의 상수는 약 0.0013 mol/(L·atm)이고, 이산화탄소는 약 0.034 mol/(L·atm)입니다.
공식 자세히 보기
헨리의 법칙이 성립하는 이유는, 평형 상태에서 기체 분자가 액체로 들어가는 속도와 빠져나오는 속도가 같아지기 때문입니다. 분압을 높이면 더 많은 분자가 용액 속으로 밀려 들어가면서 농도가 선형적으로 증가합니다. 상수 kH는 특정 기체가 특정 용매에 얼마나 잘 녹는지를 나타내는 값으로, kH가 클수록 같은 압력에서 더 많은 기체가 녹습니다. 한 가지 주의할 점은 온도가 올라가면 kH가 작아진다는 것인데, 미지근한 탄산음료에서 김이 더 빨리 빠지는 이유가 바로 이 때문입니다.
예제 풀이
CO₂가 물 위에서 분압 2.0 atm으로 유지되고 있고, \(k_H = 0.034\ \text{mol/(L}\cdot\text{atm)}\)라고 가정해 봅시다. 그러면 $$C = 0.034 \times 2.0 = 0.068\ \text{mol/L}$$의 CO₂가 용해됩니다. 압력을 두 배로 올리면 용해된 농도 역시 두 배가 됩니다.
자주 묻는 질문
어떤 단위를 사용하나요? 이 계산기는 농도 형태를 사용합니다. 즉 kH는 mol/(L·atm), P는 atm 단위이며, 결과인 C는 mol/L로 나옵니다. 다른 표기 방식에서는 kH를 압력 대 농도의 비율로 나타내기도 하므로, 사용하는 표준 상수값이 어떤 형태인지 반드시 확인하세요.
온도가 영향을 주나요? 네. 헨리의 법칙 상수는 온도에 따라 달라지므로, 정확한 결과를 얻으려면 시스템의 실제 온도에서 측정된 kH 값을 사용해야 합니다.
정말로 선형 관계인가요? 헨리의 법칙은 이상적인 묽은 용액을 가정한 근사식입니다. 낮거나 중간 정도의 분압에서는 잘 들어맞지만, 매우 높은 압력이거나 기체가 용매와 화학 반응을 하는 경우에는 성립하지 않습니다.
