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SCUBAMALL
헨리의 법칙/Henry’s Law 1)
james
10-04-22 00:00
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헨리의 법칙/Henry’s Law 1)
우리의 일상생활은 커피에 설탕을 타는 것처럼 용해에 관한 예들을 제공해 주며, 용질(용해될 물질)의 분자는 용매(용질을 녹이는 물질) 분자들 안에 골고루 확산되게 되고, 용매와 용질은 공존하나 각 물질들은 각 개별적인 행동을 보입니다.
여러분은 어쩌면 고체가 액체에 녹아 들어가는 것을 용해로 생각하고 있을지 모르나 기체 역시 액체 안으로 용해되며, 가장 흔한 예는 탄산음료로서 탄산음료의 뚜껑을 열면 용액 안에 녹아 든 이산화탄소가 용액 밖으로 거품과 함께 또는 소리를 내며 빠져 나오게 되고, 이는 액체가 기체를 녹이는 것, 그리고 조건이 변화할 때 용액 안에 남아있을 수 있는 기체의 양에 변화가 있게 된다는 것을 보여줍니다.
우리는! 액체는 고체와 기체 사이에 존재한다는 것을 알고 있으며, 액체 안의 분자들 사이의 상대적 거리는 기체보다 작지만 고체보다는 커서 액체 분자들 사이에 기체 분자들이 갇힐 충분한 공간을 제공하게 되고, 이렇게 될 때 우리는 기체가 액체 안에 용해 되었다고 합니다. 용액 안 기체의 흥미로운 특징은 기체 분자들은 그들의 기체 특성을 그대로 유지한다는 것이며, 비록 완전히 액체 분자들에 휩싸이게 되지만 기체분자들은 액체 안에서 여전히 압력을 가하게 되고, 이 액체 안에 있는 특정 기체에 가해진 압력을 증기압(gas tension)이라고 부릅니다.
영국의 화학자이자 물리학자, 그리고 존 달톤(John Dalton)의 동료였던 월리엄 헨리(William Henry)는 용액 안의 기체의 특성에 대해 최초로 연구한 과학자들 중에 한 사람 이었으며, 실험에 기초하여 헨리의 법칙은 주어진 온도에서 액체 안에 용해된 기체의 양은 그 기체의 부분압과 정비례한다는 것을 보여주고, 그러므로 기체의 액체 용해성에 영향을 주는 두 가지 주요 요인은 압력과 온도인 것으로, 또한 특정 액체 안의 특정 기체의 용해성 역시 그 요인 중에 하나가 되며, 소금이 기름에서보다 물에서 더 잘 녹는 것처럼 입니다.
다이빙에서 우리는 기체들이 물에 얼마나 잘 용해되는지에 관심을 가지게 되고, 우리의 몸이 주로 물로 만들어져 있기 때문이며, 아무런 기체가 용해되어 있지 않은 이론적 물을 한 동이 가지고 있다고 해 보면, 이 경우 증기압은 0 이 됩니다. 그러나 이 물이 기체와 접촉하게 되면 기체 분자들은 용액을 뚫어 들어가게 되는데 우리가 스쿠버 실린더 밸브를 열 때처럼 고압에서 저압으로 흘러갈 수 있는 만큼 흘러 들어가게 되고, 이 기체들은 용액 안의 기체의 증기압(압력) 이 액체와 접촉하는 기체의 부분압과 같아질 때까지 물 속에 용해되게(들어가게) 됩니다.
이 현상은 공기와 같이 기체 혼합체를 물과 접촉하게 할 때 역시 마찬가지로 달톤의 법칙을 따라 물과 접촉하는 각 기체들은 기체의 부분압과 용액 안의 기체의 부분압이 같아질 때까지 계속적으로 녹아 들어가게 되며, 혼합체 안의 각 기체들은 다른 기체와 독립적으로 행동합니다. 예를 들어 이 물동이를 밀봉된 재압챔버 안에 넣고 이 물에 순수 질소와 접촉하게 한다고 해 보면, 질소는 용해된 질소의 부분압(증기압) 이 물과 접촉하는 질소의 부분압과 같아질 때까지 물속에 용해될 것이며, 이제 순수 산소를 더함으로 총 압력을 증가시킨다고 가정해 보면, 총 압력은 증가되었으나 물과 접촉하는 질소의 부분압은 같기 때문에 질소는 더 이상 물속으로 녹아 들어가지 않을 것이고, 그 대신 산소는 산소의 증기압이 물과 접촉하는 산소의 부분압과 평형 해질 때 까지 녹아 들어갈 것입니다.
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참고문헌: Instructor Manual(PADI)
The Encyclopedia of Recreational Diving(PADI)
Diving Knowledge Workbook(PADI)
Divemaster Manual(PADI)
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