気体の溶ける量と圧力の関係「ヘンリーの法則」を元研究員がわかりやすく解説

ライター／wing

元製薬会社研究員。小さい頃から化学が好きで、実験を仕事にしたいと大学で化学を専攻した。卒業後は化学分析・研究開発を生業にしてきた。化学のおもしろさを沢山の人に伝えたい！

1.気体が溶媒に溶ける

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気体が溶媒（水など）に溶けるところを想像したことがありますか？気体は固体と違ってほとんどが目に見えないため、溶ける様子を思い浮かべることが難しいですよね。

しかし気体が水などの溶媒に溶けて、溶けている気体がまた空気中に気体として戻るという現象は、日常身の回りでも起こっています。

気体を溶かした液体といって一番身近な物質は、炭酸飲料かもしれません。通常状態より高い圧力で多い量の気体（二酸化炭素）を溶かした液体は、炭酸飲料として様々な風味がついた商品が売られています。

気体が溶媒に溶けるということが、何となく想像できたでしょうか？

1-1.溶解度とは何か

まず、溶解度とはなんのことでしょう？溶解度とは一般的に水100gに対して最大限溶かすことのできる溶質の質量（g）のことをいいます。

つまり、一定量の溶媒に対してどのくらい溶けるかを表したものです。溶かす物質のことを溶媒、溶ける物質のことを溶質、溶質と溶媒を混合して均一になったものを溶液といいます。

そして、温度と圧力が違えば溶解度は変わるのです。

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1-2.気体と固体の温度による溶解度の変化

みなさんは熱い紅茶に砂糖を溶かしたことがありますか？同じ量の砂糖を同じ量のアイスティーに溶かそうとしても溶けにくいですよね。固体は溶媒の温度が高くなると溶けやすくなるのです。

しかし固体とは逆で、気体の溶解度は温度が高くなるにつれて少なくなります。

固体の場合は、溶媒分子の熱運動が激しくなって結晶構造を壊すため、温度が高くなると溶けやすくなるのです。しかし気体の場合は、熱運動が激しくなることで、溶媒分子と気体分子の結合力が弱くなります。

そのため、温度が高くなると溶けにくくなるのです。

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2.ヘンリーの法則

気体が溶媒に溶けるという現象が大体わかったところで、今回のテーマであるヘンリーの法則についてお話しましょう。

ヘンリーの法則とは気体の溶解に関する法則であり、水に溶けにくい気体について成り立つ法則です。つまり、アンモニアや塩化水素などの水に簡単にたくさん溶けてしまう気体には成り立たないので、注意しましょう。

2-1.ヘンリーの法則（質量またはモル数について）

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まずヘンリーの法則の1番目である、溶ける気体の質量（またはモル数）と圧力の関係について解説しましょう。

「一定温度の下で一定量の溶媒に溶ける気体の質量（または物質量＝モル数）は、その気体の圧力に比例する。」

これは具体的にはどういったことでしょうか？

例えば水の入った容器の上の空間に、水に溶けにくい気体がある状態を想像してください。この状態で、上から圧力を1かけると、水に溶けにくい気体が1個溶けたとします。次に上から圧力を2かけると、圧力を1かけたときより2倍多くの気体、つまり2個溶けるという事です。そして、3倍の圧力がをかけると、水に溶けにくい気体が3個溶けます。

なんとなくイメージができたでしょうか？