Henry의 법칙과 가스 용질 특성

제목: Henry의 법칙과 가스 용질 특성

 

1. 소개

Henry의 법칙은 가스와 액체 사이의 상호 작용을 설명하는 중요한 물리학적 법칙 중 하나입니다. 이 글에서는 Henry의 법칙의 개념, 응용 및 가스 용질 특성에 대해 자세히 알아보겠습니다.

 

2. Henry의 법칙의 정의와 기본 원리

Henry의 법칙은 특정 온도와 압력에서 가스가 액체에 녹아들거나 나오는 정도를 나타냅니다. 이 법칙이 어떻게 정의되는지와 기본적인 작용 원리를 살펴보겠습니다.

 

3. Henry의 상수와 물리학적 의미

Henry의 법칙에서 사용되는 Henry 상수는 각 가스에 따라 다르게 정의됩니다. 이 상수는 각 가스의 용해도를 특성화하며, 이에 대한 물리학적 의미를 해석합니다.

 

4. 가스 용질 특성과 영향 요소

각 가스는 자체적인 Henry 상수를 가지고 있으며, 이는 가스의 특성을 나타냅니다. 온도, 압력 등의 요소가 가스의 용해도에 미치는 영향을 살펴보겠습니다.

 

5. Henry의 법칙의 수학적 표현과 계산

Henry의 법칙은 다음과 같이 수학적으로 표현됩니다.

C=k⋅P

여기서,

C는 용질 농도,

k는 Henry 상수,

P는 가스의 부분압력입니다.

 

6. Henry의 법칙의 활용 분야

Henry의 법칙은 화학, 환경 공학, 의학 등 다양한 분야에서 응용됩니다. 각 분야에서의 실제적인 활용 사례를 알아보고, 그 중요성을 이해합니다.

 

7. 환경 공학에서의 Henry의 법칙 적용

Henry의 법칙은 환경 공학에서 대기 중 오염 물질의 용해도 예측 등에 활용됩니다. 이러한 응용 사례에 대해 자세히 다루겠습니다.

 

8. 결론

Henry의 법칙은 가스와 액체 사이의 상호 작용을 설명하는 데 중요한 도구입니다. 이를 이해하고 적용함으로써 화학 및 환경 분야에서 다양한 문제에 대한 해결책을 찾을 수 있습니다.

 

Henry의 법칙

기체가 수중으로 녹아 들어갈 때 분압이 미치는 영향은 아래와 같다.

Cs = Ks x P

여기서,

Cs : 수중에서의 기체의 포화농도

Ks : 기체의 흡계수(비례상수)

P : 기체의 분압(partial pressure)

즉, 기체의 포화 용존 농도(Cs)는 공기중에서의 그 기체의 분압에 비례한다. 그런데 일반 공기중에는 수증기가 포함되어 있으므로 적용할 때에는 수증기 압력을 고려해 주어야 한다.

즉, P'' = P - Pw P''

: 수증기 압력을 감한 분압

Pw : 공기중의 수증기 압력

공기의 압력(P)이 760mmHg이고 순수한 물의 수온이 10℃일 때 산소의 포화 용존 농도 (Cs, g/㎥) 는 얼마인가? ​ (단, 건조한 공기중에서 산소의 용적은 20.95%, 10℃에서 물의 수증기 압력(Pw)은 9.21mmHg, 산소의 단위 용적(ml)당 분자량은 1.43mg(= 2 x 16 x 1000 / 22.412), 10℃ 에서 산소의 흡기 계수 Ks는 49.3ml/l임.)

​ <풀이>

Cs = Ks x P에서

우선 산소의 분압을 구하면

P = 0.2095 X (760-9.21) =157.292mmHg

Cs = 49.3ml/l x 157.292/760 = 10.203ml/l

∴ 산소의 포화 용존 농도(g/㎥)

= 10.203ml/l x 1.43mg/ml x 273/283

= 14.075mg/l

= 14.08g/㎥