最終更新: 2026-07-01

ヘンリーの法則とは

ヘンリーの法則は、液体に溶ける気体の量を表す法則です。温度が一定のとき、溶けている気体の濃度は、その気体が液体に接している分圧に比例します。

ここで $C$ は溶存濃度、$P$ は液体上の気体の分圧、$k_H$ はその気体と溶媒の組合せに固有のヘンリー定数（同じ温度で定義）です。分圧を2倍にすると溶ける気体も2倍になり、圧力を下げると余分な気体は溶液から抜けていきます。

この計算では同じ関係を3方向に解きます。3つの量のうち2つがわかれば残りの1つが求まります。濃度は $C = k_H \cdot P$、分圧は $P = C / k_H$、ヘンリー定数は $k_H = C / P$ で算出します。

ヘンリー定数とその単位

定数 $k_H$ は気体の溶けやすさを表します。値が大きいほど、単位分圧あたりに多くの気体が溶けます。本計算では溶解度形を用い、

として濃度を mol/L、分圧を atm で扱います。kPa・bar・mmHg で入力した分圧は、定数を適用する前に atm へ換算されます。

これらの値は温度が上がると小さくなります。温かい水は溶存気体を保ちにくいため、ぬるくなった炭酸飲料は早く気が抜けます。

定数の定義（コンベンション）

ヘンリー定数にはいくつかの定義が併存し、混同はよくある誤りの原因です。これらは互いに逆数や係数倍の関係にあります。

• 溶解度形（$k_H = C / P$、mol·L⁻¹·atm⁻¹）— ここで採用。溶解度とともに増加。
• 揮発度形（$k_H = P / C$、L·atm·mol⁻¹）— その逆数。溶解度とともに減少。
• モル分率形・質量モル濃度形 — モル濃度の代わりにモル分率や質量モル濃度を用いる。
• 無次元形 — 気液の分配比。

表の値を代入する前に、どの定義・単位を用いているか、また対象温度で有効かを確認してください。

計算例

密閉した炭酸水のボトルを、25 ℃で CO₂ 分圧2 atm に加圧します。この温度の水中 CO₂ では $k_H = 0.034\ \text{mol·L}^{-1}\text{·atm}^{-1}$ です。溶存 CO₂ の濃度を求めます。

栓を開けると、液面上の CO₂ 分圧は通常の空気中の値（約0.0004 atm）まで下がります。平衡濃度もそれに応じて低下します。

溶存濃度は3桁以上下がるため、新しいはるかに低い平衡に達するまで、余分な CO₂ が気泡として抜けていきます。

応用される場面

溶存濃度と分圧が比例するという関係は、化学・生物・工学の各分野に現れます。

• 炭酸：清涼飲料は高い CO₂ 圧で充填され、開栓で分圧が下がると気体が抜けます。
• 水中の生物：湖沼や水槽の溶存酸素は上方の空気中の酸素分圧に追随し、水温上昇や表面交換の低下で減少します。
• 呼吸：肺でのガス交換は、酸素と二酸化炭素をそれぞれの分圧に応じて膜を介して移動させます。
• 潜水：深所の高圧で窒素が組織に溶け込み、浮上時に減圧症を避けるため徐々に放出する必要があります。

法則が成り立つ範囲

ヘンリーの法則は極限法則で、溶解度の小さい気体が低い分圧にあるときに最もよく成り立ちます。気体の溶解度が非常に高い場合、分圧が高い場合、または気体が溶媒と単に溶けるのではなく反応する場合には、精度が下がります。たとえば二酸化炭素は水と一部反応して炭酸を生じるため、見かけの溶解度は法則が表す純粋な物理溶解よりわずかに大きくなります。$k_H$ は温度に強く依存するため、ある温度で測った定数を補正なしに別の温度で用いてはいけません。