헨리의 법칙

1. 정의

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헨리의 법칙(Henry's law)이란, 일정 온도에서 기체의 용해도가 용매와 평형을 이루고 있는 그 기체의 부분압력에 비례한다는 법칙이다. 이 법칙을 정리한 영국의 화학자인 윌리엄 헨리(William Henry)의 이름에서 땄다.

2. 설명

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헨리의 법칙은 여러 형태로 표현될 수 있는데, 일반화학 수준에서는 C=kP로 나타낸다. 여기서 C는 기체의 용해도(mol/L), P는 용매와 평형을 이루고 있는 기체의 부분압력(atm), k는 헨리 상수(L·atm/mol)이다. 헨리 상수는 용액의 종류에 의존하는 값으로, 자세한 건 pdf 참조.
탄산 음료를 딸 때 촤~ 하는 소리가 나는 것도 이 법칙으로 설명할 수 있다. 병 내 $$CO_2$$(g)의 높은 압력이 뚜껑을 여는 순간 낮아지면서 $$CO_2$$(g)가 빠져나오기 때문이다. 그렇게 뚜껑을 연 채 한참이 지나면 김빠진 탄산 음료가 된다.

3. 적용

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헨리의 법칙은 $$H_2$$(g), $$O_2$$(g), $$N_2$$(g), $$CO_2$$(g) 등 용해도가 낮은 기체에 대해 낮은 압력에서만 적용된다. 반대로 HCl(g) 같은 경우 물 속에서 해리 반응을 하므로 헨리의 법칙에 잘 들어맞지 않는다.
어느 정도의 상식으로 생각하면 이 법칙은 당연한 내용을 포함하는 것으로 그리 대단한 내용이 없다. 즉, 어떤 용매(일반적으로 액체)에 어떤 용질(특히 기체에 해당, 고체는 압력에 거의 독립 용해하므로 이 법칙은 고체 용질엔 의미가 거의 없음)을 녹일 때 기체 압력을 높이면 당연히 녹는 양이 증가하고 압력을 낮추면 녹는 양이 감소한다.
헨리의 법칙이라고 물리화학 교과 초기에서 큰 의미를 부여하는 이유는 헨리 상수 때문이다. 이 값은 기초 수학에서 1차 함수의 기울기에 해당하는 것으로 y 값이 x에 정비례하는 것이 이 법칙의 핵심이다.
헨리는 오래전 다른 사람들이 이런 상식에 무관심할 때에 몇 가지 기체(특히 산소, 질소, 수소와 같이 실생활에 유용한 기체들)의 용해 특징을 1차 함수로 간략하게 설명했고 많은 사람들이 그것을 이용하여 인류 문화(의료, 실생활)에 기여했기에 현재 대단하게 평가하는 것이다.
이 법칙은 사실 상기 특수한 몇 가지 경우 외에는 오류 공식이므로 전문 화공 응용 현장에서 적용가치가 없는데 그 이유는 대부분의 기체의 용매 용해도는 한 가지 특수 상수에 정비례할 수가 없기 때문이다.