なぜ圧力を変えても水に溶ける気体の体積は変わらないのか（ヘンリーの法則をより深く理解しましょう）【化学計算の王道】

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2年前

（１）解説授業動画

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（２）解説授業の原稿

今回はヘンリーの法則を理解しているかどうか確認できる問題を解いてみます。

一定量の水に気体が溶ける体積は、圧力を変えても変わらない

早速問題を確認してみます。

CO₂は1.0×10⁵Paで100gの水に93mL溶けます。同じ温度で圧力を3.0×10⁵PaにするとCO₂は何mL溶けるでしょうか。

実はこの問題、ヘンリーの法則を正しく理解していれば計算をしなくても解くことができます。この問題の答えは93mLとなります。

ヘンリーの法則から考えると、一定量の水に気体が溶ける体積は、圧力を変えたとしても変わることはありません。そのため答えは93mLとなるのです。

なぜ水に溶ける気体の体積は圧力を変えても変わらないのか

ではなぜ水に溶ける気体の体積は圧力を変えても変わることがないのでしょうか。

このことを理解するためにはヘンリーの法則と理想気体の状態方程式が何を意味しているかを理解していないといけません。

まず、ヘンリーの法則とは溶媒に溶ける気体の物質量は圧力に比例するという法則です。そのため今回のように圧力が3倍になった場合は、水に溶ける気体の物質量も3倍となっています。

また、理想気体の状態方程式とはpV=nRTのことです。Rは定数で、今回温度は変わっていないのでRTは一定です。

理想気体の状態方程式の使い方（理想気体とは何か、混合気体の考え方、計算の工夫の仕方についても解説しています）

そして、ヘンリーの法則によりpとnには比例関係があります。今回で言えば、pが3倍となっているのでnも3倍となっています。つまり、状態方程式の左辺と右辺の両方ともが3倍されているということです。したがってVは変わらないということになるので、一定量の水に溶ける気体の体積は圧力を変えたとしても変わらないということになるのです。

もう一度今の話をまとめると、ヘンリーの法則により圧力と溶ける気体の物質量には比例関係があり、RTは一定なので、理想気体の状態方程式より溶ける気体の体積は変わらないということになります。

ポイントは溶ける気体の物質量は変化しているということです。圧力を3倍にすれば、それによって水に溶けている二酸化炭素の分子の数は3倍になっているけれど、圧力を3倍にしているので気体分子の数が増えても体積が変わらないということになるのです。