최종 업데이트: 2026-07-01

헨리 법칙 이해하기

헨리 법칙은 기체가 액체에 얼마나 녹는지를 설명합니다. 온도가 일정할 때, 녹아 있는 기체의 농도는 액체와 접한 그 기체의 분압에 정비례합니다.

여기서 $C$는 용존 농도, $P$는 액체 위 기체의 분압, $k_H$는 해당 기체와 용매 조합의 그 온도에서의 헨리 상수입니다. 분압을 두 배로 하면 두 배의 기체가 녹고, 압력을 낮추면 넘치는 기체가 용액에서 다시 빠져나옵니다.

계산기는 같은 관계를 세 방향으로 풉니다. 세 값 중 두 개를 알면 나머지 하나를 구합니다. 농도는 $C = k_H \cdot P$, 분압은 $P = C / k_H$, 헨리 상수는 $k_H = C / P$로 계산합니다.

헨리 상수와 단위

상수 $k_H$는 기체의 용해도를 나타냅니다. 값이 클수록 단위 압력당 더 많은 기체가 녹습니다. 이 도구는 용해도 형태를 사용하며, 다음과 같습니다.

따라서 농도는 mol/L, 분압은 atm으로 측정합니다. kPa, bar, mmHg로 입력한 압력은 상수를 적용하기 전에 atm으로 환산됩니다.

이 값들은 온도가 오르면 작아집니다. 따뜻한 물은 녹은 기체를 덜 붙잡기 때문에, 미지근한 탄산음료는 찬 것보다 김이 더 빨리 빠집니다.

상수의 관례

헨리 상수에는 여러 관례가 함께 쓰이며, 이를 섞는 것은 흔한 오류의 원인입니다. 관례들은 서로 역수이거나 배율 관계입니다.

• 용해도 형태 ($k_H = C / P$, mol·L⁻¹·atm⁻¹) — 여기서 사용; 용해도가 클수록 증가.
• 휘발도 형태 ($k_H = P / C$, L·atm·mol⁻¹) — 그 역수; 용해도가 클수록 감소.
• 몰분율·몰랄농도 형태 — 몰농도 대신 몰분율이나 몰랄농도를 사용.
• 무차원 형태 — 기체와 액체 사이의 분배비.

표의 값을 대입하기 전에 어떤 관례와 단위를 쓰는지, 관심 있는 온도에 유효한지 확인하십시오.

예제 풀이

밀폐한 탄산수 병을 25 °C에서 CO₂ 분압 2 atm으로 가압합니다. 이 온도의 물속 CO₂는 $k_H = 0.034\ \text{mol·L}^{-1}\text{·atm}^{-1}$입니다. 용존 CO₂ 농도를 구합니다.

뚜껑을 열면 액체 위 CO₂ 분압이 보통 공기 중의 값(약 0.0004 atm)으로 떨어지고, 평형 농도도 그에 따라 낮아집니다.

용존 농도가 세 자릿수 이상 떨어지므로, 새롭고 훨씬 낮은 평형에 도달할 때까지 넘치는 CO₂가 기포로 빠져나갑니다.

헨리 법칙의 적용

용존 농도와 분압이 비례한다는 관계는 화학, 생물학, 공학 전반에 나타납니다.

• 탄산화. 청량음료는 높은 CO₂ 압력에서 병입되며, 용기를 열면 분압이 낮아져 기체가 빠져나옵니다.
• 수중 생물. 호수와 수족관의 용존 산소는 위쪽 공기의 산소 분압을 따라가므로, 수온 상승이나 표면 교환 감소가 이를 낮춥니다.
• 호흡. 폐의 기체 교환은 산소와 이산화탄소를 각자의 분압에 따라 막을 통해 이동시킵니다.
• 잠수. 질소는 깊은 곳의 높은 압력에서 조직에 녹고, 감압병을 피하려면 상승할 때 서서히 배출해야 합니다.

법칙의 한계

헨리 법칙은 극한 법칙으로, 분압이 낮은 조건에서 잘 녹지 않는 기체에 가장 잘 맞습니다. 기체가 매우 잘 녹거나, 분압이 높거나, 기체가 단순히 녹는 대신 용매와 반응할 때는 정확도가 떨어집니다. 예컨대 이산화탄소는 물과 일부 반응하여 탄산을 형성하므로, 겉보기 용해도가 법칙이 기술하는 순수한 물리적 용해보다 약간 큽니다. $k_H$는 온도에 크게 의존하므로, 한 온도에서 측정한 상수를 보정 없이 다른 온도에 쓰면 안 됩니다.