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ラウールの法則とヘンリーの法則

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ラウールの法則とヘンリーの法則


ラウールの法則(混合液体の蒸気圧)

ラウールの法則とは、「混合溶液におけるそれぞれの揮発成分の蒸気圧Pは、溶液中の各成分のモル分率xに比例する」という法則のこと。

P=k・x

混合溶液の各成分の蒸気圧は、それぞれの純液体の蒸気圧混合液中のモル分率の積で表されます。

例として、温度Tと圧力Pが一定の理想溶液があり、気相と平衡状態にある場合を考えます。

このとき、理想溶液の各成分の化学ポテンシャルが気相と液相で等しいことから、成分.iの蒸気分圧Pi は、液中のモル濃度(モル分率xi)に比例して、下式で表されます。

i=Pi・xi

Pi
:成分iの純液体での蒸気圧
i:成分iのモル分率

また、全蒸気圧Ptotalは各成分の蒸気圧(分圧)の和なので、下式で表されます。

Ptotal = ΣPi
= ΣPi・xi = P1・x1 + P2・x2 + ・・・+ Pn・xn

すべての濃度領域でラウールの法則が成立する溶液を理想溶液と呼びます。

分子構造の似た物質同士の混合溶液は理想溶液に近いとされ、ベンゼン、ブロモベンゼン、ベンゼン-トルエン混合溶液などはラウールの法則に従います。

なお、理想溶液では各成分は互いに分子間力を及ぼし合いません。

実際の溶液では、ラウールの法則は溶液中の多量成分については成立しても、小量成分では成り立たないことが多いとされています。


ヘンリーの法則とは

ヘンリーの法則とは、「溶液にとける気体の溶解度は、温度が一定の場合、気体の圧力に比例する」という法則。

つまり、圧力に比例してよく溶けるということを意味します。
ヘンリーの法則は、ラウールの法則と違って実際の溶液でもよく当てはまるとされています。

気体Aの濃度(溶解度)を[A]とし、圧力をPAとすると、ヘンリーの法則は下式で表されます。

[A] = H・PA

H:ヘンリー定数

また、溶媒A、溶質Bからなる理想希薄溶液の場合、温度Tと圧力Pが一定で気相と平衡状態にあるとき、AとBの化学ポテンシャルは気相と液相でそれぞれ等しくなります。
これにより、溶媒Aの気相中でのAの分圧PAはラウールの法則が成立し、下式で表されます。

A = PA* ・ xA

また、溶質Bの気相中でのBの分圧PBは下式で表され、
気相中のBの分圧PBと、溶質Bの溶解量xBは比例関係にあります。
これもヘンリーの法則です。

B = KH,B ・ xB

KH,B :ヘンリー定数
B :液相中のBのモル分率