主な相違点 – ヘンリーの法則 vs ラウルの法則

ヘンリーの法則とラウールの法則は、どちらも熱力学に見られる法則で、互いに平衡状態にある溶液とその蒸気の関係を記述するものです。

ヘンリーの法則は、水などの液体溶媒に気体が溶解することを説明するのに用いることができる。

ラウールの法則は、溶液中の溶媒がその蒸気圧と平衡状態にあるときの挙動を示す。

しかし、これらの法則を実際の溶液に適用する場合、一定の限界があります。

ヘンリーの法則とラウールの法則の大きな違いは、ヘンリーの法則が溶液の溶質の挙動を示すのに対して、ラウールの法則は溶液中の溶媒の挙動を示すことです。

ヘンリーの法則とは

ヘンリーの法則は、液体媒体への気体の溶解を説明する気体の法則です。

この法則は、液体に溶解する気体の量は、液体と平衡状態にあるその気体の分圧に正比例することを述べています。

これを式で表すと次のようになる。

A(aq)] = kH.PA(g)

ここで、[A(aq)]は溶液に溶けている気体Aの濃度です。

kH はヘンリーの法則定数

PA(g)はA(g)の分圧

ヘンリーの法則定数は比例定数であり、溶媒の種類、溶質、温度に依存する。

したがって、ある特定の気体について、温度によってヘンリーの法則定数が異なる場合があります。

したがって、ある気体の水への溶解度を計算するときは、その特定の温度におけるヘンリーの法則定数の値を求める必要があります。

表01：大気中のさまざまな気体に対する25℃でのヘンリーの法則定数

また、特定の気体についてヘンリーの法則を適用する場合、その温度での水の蒸気圧を考慮して分圧を求める必要があります。

次のような例で考えてみましょう。

例

質問です。

通常の大気中にある湖を考える。

大気中の水の蒸気圧を0.0313atmとして、温度25℃、大気圧1atmでのO2(g)の溶解度を求めよ。

通常の空気は21%のO2(g)で構成されている。

図1：水域は、水の温度と大気圧によって異なる量の気体が溶け込んだ水で構成されている。

答えなさい。

ヘンリーの法則を適用すると

[O2(aq)] = kH.PO2(g)
= 1.3 x 10-3 mol/L・atm x 0.2 atm
= 2.6 x 10-4 mol/L

以上の計算から、常温常圧の水域では、溶存酸素量は非常に少ないことがわかります。

制限事項

ヘンリーの法則は、対象となる分子が平衡状態にある場合にのみ使用することができる。

また、この法則は高圧の条件では使えない。

また、溶解する気体が溶媒と化学反応を起こす場合は、その系にこの法則は使えない。

ラウルの法則とは？

ラウールの法則とは、溶液の蒸気圧とその溶液中の溶質の分圧の関係を説明する熱力学的な法則です。

この法則は、溶液中の溶媒の蒸気圧は、純粋な溶媒の蒸気圧（その温度での）に溶媒のモル分率を乗じたものに等しいとするものです。

これは次のような式で与えることができる。

Psolute = xsolute x Posoluteとする。

ここで、PA は混合物中の成分 A の分圧です。

xA は成分 A のモル分率です。

PoA は同じ温度での純粋な成分の蒸気圧です。

例えば、ここでAとBの混合物を考えてみよう。

Aのモル分率 = nA/ (nA + nB)
Aの分圧＝｛nA／（nA＋nB）｝PoA
したがって、その系の全蒸気圧＝PA＋PB

ただし、ラウールの法則が働くのは理想溶液に限られる。

理想溶液とは、溶質分子間の分子間相互作用が溶媒分子間のそれと等しい溶質で構成される溶液のことである。

理想気体といえるような溶液は実際には存在しないので、溶質分子の量が少ない非常に希薄な溶液に対してこの法則を適用することができる。

制限事項

溶質のモル分率を計算する場合、添加した化合物のモル数ではなく、溶液中に存在する粒子のモル数を考慮する必要があります。

例えば、イオン性化合物を水に溶かす場合、溶液中で分離している各イオンを1つの粒子として考えるべきである（例：NaClはNa+とCl-イオンを与える。

したがって、存在する粒子の量は、加えたNaClの量の2倍である)。

ヘンリーの法則とラウールの法則の違い

定義

ヘンリーの法則。

ヘンリーの法則は、液体媒体中の気体の溶解を説明する熱力学的法則です。

ラウールの法則。

ラウールの法則は、溶液の蒸気圧と溶液中の溶質の分圧の関係を説明する熱力学的な法則です。

コンセプト

ヘンリーの法則 ヘンリーの法則とは、液体に溶ける気体の量は、液体と平衡状態にあるその気体の分圧に正比例するというものです。

ラウールの法則。

ラウールの法則：溶液中の溶媒の蒸気圧は、純粋な溶媒の蒸気圧（その温度での）に溶媒のモル分率を乗じたものに等しいとする法則。

比例定数

ヘンリーの法則 ヘンリーの法則における比例定数は、ヘンリーの法則定数と呼ばれる。

ラウールの法則 ラウールの法則は比例定数を用いない。

結論

ヘンリーの法則とラウールの法則は、その蒸気圧に接する溶液の化学的挙動を示す。

ヘンリーの法則とラウールの法則の違いは、ヘンリーの法則が溶液の溶質の挙動を説明するのに対し、ラウールの法則は溶液中の溶媒の挙動を説明する点です。