헨리의 법칙: 가스와 액체 사이의 상태변화를 이해하는 물리적 원리

헨리의 법칙: 가스와 액체 사이의 상태변화를 이해하는 물리적 원리

 

1. 소개: 헨리의 법칙의 기원과 중요성

헨리의 법칙이 개발된 맥놀리 연구소의 역사와 이 법칙이 어떻게 우리의 일상과 산업에 적용되는지에 대한 간략한 소개.

 

2. 기체와 액체의 상태변화: 헨리의 법칙이란?

헨리의 법칙이 무엇인지, 기체와 액체 사이의 상태변화에서 어떻게 작용하는지에 대한 상세한 설명.

 

3. 헨리 상수와 농도의 관계

헨리의 법칙에서 사용되는 헨리 상수와 농도 사이의 관계에 대한 이해.

 

4. 헨리의 법칙의 수학적 표현과 예제

헨리의 법칙을 수학적으로 어떻게 표현하고, 예제를 통해 구체적으로 살펴보기.

 

5. 기체 용기에서의 응용: 가스 용기의 안정적 설계

헨리의 법칙이 기체 용기의 안정적 설계에 어떻게 활용되는지에 대한 실제 응용 사례.

 

6. 액체 용매에서의 헨리의 법칙: 용매 특성의 이해

헨리의 법칙이 액체 용매에서 어떻게 작용하며, 용매의 특성을 이해하는 데 어떤 역할을 하는지에 대한 내용.

 

7. 헨리의 법칙과 화학 반응: 용액에서의 응용

화학 반응에서 헨리의 법칙이 어떻게 활용되며, 용액의 특성을 파악하는 데 어떤 도움이 되는지에 대한 설명.

 

8. 헨리의 법칙의 한계와 개선

헨리의 법칙이 가진 한계와 이를 극복하기 위한 최근 연구 동향에 대한 내용.

 

9. 환경과의 관련성: 대기 중의 가스 동태학

헨리의 법칙이 대기 중에서 기체의 동태학을 이해하는 데 어떻게 기여하는지에 대한 내용.

 

10. 결론: 헨리의 법칙의 현대적인 의의와 전망

헨리의 법칙이 현대적인 과학과 기술 분야에서 어떻게 사용되고 있는지, 그리고 미래의 발전 가능성에 대한 종합적인 결론.

 

헨리의 법칙

기액의 경계면(interface)에서는 저항이 없고 순간적으로 평형이 성립되며 계면에 있어서 확산가스의 분압Pi(atm)와 확산가스의 농도Ci(kg mol/㎥)간에는 헨리의 법칙이 성립된다.

즉, 기체의 용해도에 대한 법칙으로 온도가 일정할 때 일정량의 약체에 대한 기체의 용해량은 압력에 비례한다. 기체의 평형관계를 나타내는 법칙은 다음과 같다.

Ci=H×Pi

Ci : 확산가스의 농도[kg mol/㎥]

H : Henry의 상수[kg mol/atmㆍ㎥]

*용해도가 낮을수록 액중농도는 감소하며 H값은 커진다

*H값은 온도에 따라 변하며, 온도가 높을수록 Henry 상수는 커진다

Pi : 분압[atm]

[Henry의 법칙에 적용되는 예]

ㆍCO,CO₂,NO,NO₂,CH₄,H₂S 등 물에 잘 용해되지 않는 가스에 성립

[Henry의 법칙에 따르지 않는 예]

ㆍCl₂,HCl,HF,SiF₄,SO₂ 등 물에 대한 용해도가 큰 것은 물로 씻는다.

ㆍ물에대한 용해도의 크기 HCl>HF>Cl₂

ㆍ다량의 물로 씻는 가스 : NH₄,HF,HCl,H₂SO₄ 등 예제> Henry의 법칙에 적용되는 가스가 물속에서 2.0kg mol/㎥ 농도로 용해되어 있으며, 이 때 이 가스의 분압은 29mmHg 였다. 이 가스의 부분압력이 18mmHg가 되었다면 물 속의 농도는 몇 kg mol/㎥이 되겠는가?

Ci=H×Pi → H= Ci/Pi H = 2.0kg mol/㎥ / 29mmHg Ci

= 2.0kg mol/㎥ / 29mmHg × 18mmHg

=1.24kg mol/㎥