ヘンリーの法則
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ヘンリーの法則
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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/08/14 14:42 UTC 版)
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ヘンリーの法則（ヘンリーのほうそく、英: Henry's law）は、気体に関する法則であり、1803年にウィリアム・ヘンリーにより発表された。
と定義される。
ラウールの法則は実際の溶液においては溶液中の多量成分（溶媒）については良く成り立つが、少量成分（溶質）においては成り立たないことが多い。
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ヘンリーの法則
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/04/01 00:00 UTC 版)
希薄溶液に溶けている揮発性の溶質 i の蒸気圧 Pi は、溶液中のモル分率 Xi に比例する。これをヘンリーの法則という。溶質によって比例係数が違うので、ヘンリーの法則は束一的性質ではない。この節では、理想希薄溶液の揮発性成分の蒸気圧が、ヘンリーの法則にほぼ完全に従うことを示す。 溶質の蒸気圧とは、溶液と気液平衡にある気相中の、その溶質成分の分圧である。気液平衡では成分 i の気相と液相の化学ポテンシャルは等しい。 μ i , gas ( T , P , Y ) = μ i , liq ( T , P , X ) {\displaystyle \mu _{i,{\text{gas}}}(T,P,{\boldsymbol {Y}})=\mu _{i,{\text{liq}}}(T,P,{\boldsymbol {X}})} ここで P は成分 i の蒸気圧ではなく、全圧である。また、気相中の成分 i のモル分率 Yi は液相中のモル分率 Xi とは異なるので、気相の組成 Y = (Y1, Y2, ... ) は液相の組成 X = (X1, X2, ... ) とは異なる。 気相が理想混合気体であれば、気相の成分 i の化学ポテンシャルは μ i , gas ( T , P , Y ) = μ i , gas ∗ ( T , P ) + R T ln Y i {\displaystyle \mu _{i,{\text{gas}}}(T,P,{\boldsymbol {Y}})=\mu _{i,{\text{gas}}}^{*}(T,P)+RT\ln Y_{i}} で与えられる。また、液相が理想希薄溶液であれば、液相の溶質 i の化学ポテンシャルは μ i , liq ( T , P , X ) = μ i , liq 1 ( T , P ) + R T ln X i {\displaystyle \mu _{i,{\text{liq}}}(T,P,{\boldsymbol {X}})=\mu _{i,{\text{liq}}}^{1}(T,P)+RT\ln X_{i}} で与えられる。ここで μ1i, liq(T, P) は溶媒 1 と溶質 i の種類で決まる (T, P) の関数であり、溶液の組成 X には依存しない。 以上の3つの等式から、理想混合気体と理想希薄溶液の気液平衡では次式が成り立つ。 ln P Y i X i = ln P + μ i , liq 1 ( T , P ) − μ i , gas ∗ ( T , P ) R T {\displaystyle \ln {\frac {PY_{i}}{X_{i}}}=\ln P+{\frac {\mu _{i,{\text{liq}}}^{1}(T,P)-\mu _{i,{\text{gas}}}^{*}(T,P)}{RT}}} この式から、溶質 i の蒸気圧 Pi が液相中のモル分率 Xi に比例することが分かる。 P i = P Y i = k i 1 ( T , P ) X i {\displaystyle P_{i}=PY_{i}=k_{i}^{1}(T,P)X_{i}} 比例係数 k1i(T, P) をヘンリー定数という。 k i 1 ( T , P ) = P exp ( μ i , liq 1 ( T , P ) − μ i , gas ∗ ( T , P ) R T ) {\displaystyle k_{i}^{1}(T,P)=P\exp \left({\frac {\mu _{i,{\text{liq}}}^{1}(T,P)-\mu _{i,{\text{gas}}}^{*}(T,P)}{RT}}\right)} ヘンリー定数の圧力依存性は、 v1i, liq(T, P) を溶液中の成分 i の部分モル体積（英語版）として 1 k i 1 ( T , P ) ( ∂ k i 1 ∂ P ) T = ( ∂ ∂ P ln k i 1 ( T , P ) ) T = v i , liq 1 ( T , P ) R T {\displaystyle {\frac {1}{k_{i}^{1}(T,P)}}\left({\frac {\partial k_{i}^{1}}{\partial P}}\right)_{T}=\left({\frac {\partial }{\partial P}}\ln k_{i}^{1}(T,P)\right)_{T}={\frac {v_{i,{\text{liq}}}^{1}(T,P)}{RT}}} で与えられる。これは決してゼロにはならないが、気相を理想混合気体とみなせるほど十分に低い圧力のもとでは、ヘンリー定数の圧力依存性は無視できる。すなわち、圧力が十分に低いときには、理想希薄溶液の揮発性の溶質についてヘンリーの法則が成り立つ。
※この「ヘンリーの法則」の解説は、「理想溶液」の解説の一部です。
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