헨리 법칙
일정 온도에서 기체의 용해도는 용액 위 기체 부분압에 비례한다(C = kH·P). 탄산음료의 CO₂ 용해·잠수병 설명에 적용된다.
일정한 온도에서 액체에 녹는 기체의 양은 그 기체가 액체 표면에 누르는 부분 압력에 비례한다는 법칙입니다.
기체 분자를 문 앞에 몰려든 사람이라고 하면, 문을 미는 힘(압력)이 셀수록 안으로 밀려 들어오는 사람이 많아집니다. 탄산음료 뚜껑을 여는 순간 미는 힘이 사라져 기포가 한꺼번에 튀어나오는 것도 이 때문입니다.
쉽게 말하면
용해도 에서 기체는 온도가 오르면 덜 녹는다고 배웠습니다. 헨리 법칙은 여기에 압력이라는 축을 하나 더 붙입니다. 기체가 액체 위에서 강하게 누르고 있으면, 단위 시간에 액체 표면에 부딪히는 분자 수가 많아지고 그만큼 붙잡히는 분자도 늘어납니다. 다시 빠져나가는 속도와 균형이 맞을 때까지 녹는 양이 늘어나므로, 결국 녹는 양은 압력에 비례합니다.
여기서 는 녹은 기체의 농도, 는 그 기체의 부분 압력, 는 기체와 용매와 온도가 정해지면 결정되는 상수입니다. 중요한 것은 전체 압력이 아니라 그 기체 자신의 부분 압력이라는 점입니다. 공기 중 산소는 전체의 약 5분의 1을 차지하므로, 물에 녹는 산소의 양도 공기 전체 압력이 아니라 산소 몫의 압력에 따라 정해집니다.
이 법칙은 물에 잘 녹지 않는 기체, 그리고 용매와 화학 반응하지 않는 기체에서 잘 맞습니다. 반대로 암모니아나 염화 수소처럼 물과 반응하며 엄청나게 녹는 기체는 이 단순한 비례에서 크게 벗어납니다. 이산화 탄소도 물과 일부 반응하지만, 탄산음료 정도의 조건에서는 근사적으로 잘 성립합니다.
대기 중 각 기체가 얼마씩 차지하는지는 대기 조성과 층상 구조 에서 다룹니다. 고도가 높아지면 기압이 낮아지므로 산소의 부분 압력도 낮아지고, 그래서 높은 산에서는 혈액에 녹는 산소가 줄어 숨이 찹니다.
이렇게 나타납니다
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예시 1탄산음료 — 압력을 걸어 놓고 파는 음료제조할 때 이산화 탄소를 높은 압력으로 눌러 녹여 두고 밀봉합니다. 뚜껑을 열면 병 안의 이산화 탄소 부분 압력이 대기 수준으로 뚝 떨어지고, 그 압력에 맞는 만큼만 남을 수 있으므로 초과분이 기포가 되어 빠져나옵니다. 김이 빠진 콜라는 이 평형이 끝난 상태입니다.
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예시 2잠수병 — 천천히 올라와야 하는 이유수심이 깊을수록 주변 압력이 커져 혈액에 녹는 질소가 늘어납니다. 이때 급히 수면으로 올라오면 압력이 갑자기 떨어져, 녹아 있던 질소가 혈관 안에서 기포로 변합니다. 천천히 감압하면 질소가 폐를 통해 서서히 빠져나갈 시간이 생깁니다.
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예시 3부분 압력이 기준이라는 뜻물 위에 산소와 질소가 섞인 공기가 있을 때, 녹는 산소의 양은 산소의 부분 압력만 보고, 녹는 질소의 양은 질소의 부분 압력만 봅니다. 두 기체는 서로의 용해를 방해하지 않고 각자 계산됩니다.
자주 하는 오해
압력을 올리면 어떤 물질이든 더 녹는다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움압력을 두 배로 하면 설탕도 두 배로 녹겠다
실제로는헨리 법칙은 기체 용질에만 적용됩니다. 고체나 액체 용질의 용해도는 압력을 바꿔도 거의 변하지 않습니다.
압력이 효과를 내는 이유는 기체가 압축될 수 있고, 액체에 녹으면서 부피가 크게 줄어들기 때문입니다. 이미 촘촘히 뭉쳐 있는 고체는 눌러도 부피가 거의 변하지 않아 압력이 평형을 밀어 줄 여지가 없습니다.
'전체 압력'을 대입하기
이렇게 생각하기 쉬움대기압이 이니 물에 녹는 산소는 으로 계산한다
실제로는산소는 공기의 약 5분의 1이므로, 산소의 부분 압력인 약 을 대입해야 합니다.
각 기체 분자는 다른 기체가 있든 없든 자기 몫의 압력만큼만 액체 표면을 두드립니다. 그래서 헨리 법칙의 는 언제나 '그 기체 하나의 부분 압력'입니다. 순수한 산소를 채운 용기와 공기를 채운 용기에서 같은 전체 압력이어도 녹는 산소량이 다른 이유가 이것입니다.
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
없음 — 이 개념이 마지막입니다
연계 개념 — 과목을 넘어 함께 보면 좋아요
같은 단원의 개념 — 용액의 성질
자주 묻는 질문
Q1온도는 헨리 법칙 어디에 들어가나요?
상수 안에 들어갑니다. 온도가 오르면 가 작아져, 같은 압력에서도 덜 녹습니다. 그래서 '차갑고 압력이 높을수록 기체가 잘 녹는다'가 됩니다.
Q2탄산음료를 흔들면 왜 더 세게 뿜어져 나오나요?
헨리 법칙 자체가 달라지는 것은 아닙니다. 흔들면 액체 속에 미세한 기포가 잔뜩 생겨, 초과 상태의 이산화 탄소가 빠져나올 발판이 많아집니다. 그래서 뚜껑을 열었을 때 한꺼번에 터져 나옵니다.
Q3암모니아처럼 물에 아주 잘 녹는 기체도 헨리 법칙을 따르나요?
잘 맞지 않습니다. 암모니아나 염화 수소는 물과 반응해 이온이 되어 버리므로, 단순히 '녹은 기체 분자 수가 압력에 비례한다'는 전제가 깨집니다. 헨리 법칙은 용매와 반응하지 않는 기체에서 잘 성립합니다.
교육과정 2022 개정 · 고3 화학 · 용액의 성질
수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)
기체가 아니라 비휘발성 용질을 녹였을 때 용액이 어떻게 달라지는지는 용액의 총괄성 에서 이어집니다.
전체 연결 구조가 궁금하다면
초3~고3 과학 646개 개념의 연결을 한 화면에서 탐색할 수 있습니다.
헨리 법칙 지도에서 확인하기 →