化学プラント大全 
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ヘンリーの法則とラウールの法則、どちらを使うのか毎回迷う。
ヘンリー定数の定義が資料ごとに違っていて、逆数なのか掛けるのか分からない。
そんな悩みを解決します。
ラウールは溶媒、ヘンリーは溶質 ── 濃いほうか薄いほうか
ヘンリー定数は3つの流儀がある。定義を確認してから使う
温度が上がると溶解度は下がる（気体の場合）
配管の脱ガス、吸収塔、キャビテーション ── 現場での現れ方
ガス吸収塔の設計から、炭酸飲料が気の抜ける理由まで、同じ1本の式で説明できます。
現場で、この法則はどこに出てくるか
| 場面 | 何が起きているか |
|---|---|
| ガス吸収塔（アミン吸収・水洗） | 気相の分圧に応じて液に溶ける ── 設計の基礎式 |
| 脱ガス（ストリッピング） | 分圧を下げて溶存ガスを追い出す |
| ボイラ給水の脱酸素 | 溶存酸素が腐食の原因になる |
| 配管内での気泡発生 | 減圧で溶解度が下がり、溶けていたガスが出てくる |
| ポンプのキャビテーション | 圧力低下で溶存ガスが気化・析出 |
| 除害設備の水洗 | 溶解度の大きいガスなら水で除去できる |
共通しているのは「分圧が下がると溶けていられなくなる」という一点です。
この法則を知らないと、「なぜここで気泡が出るのか」が説明できません。
定義と式 ── ラウールとの違いから
ラウール：p ＝ x p°（溶媒・濃い側）
ヘンリー：p ＝ H x（溶質・薄い側）
どちらも「分圧はモル分率に比例する」
| ラウール | ヘンリー | |
|---|---|---|
| 成り立つ濃度域 | x → 1（溶媒側） | x → 0（溶質側） |
| 比例定数 | 純物質の飽和蒸気圧 p° | ヘンリー定数 H |
| 典型例 | エタノール水溶液のエタノール | 水に溶けた酸素・窒素・CO₂ |
なぜ比例定数が違うのか
分子が感じている環境が違うからです。
- 溶媒（x→1）：周りはほぼ同じ分子 → 純物質と同じ振る舞い → p° が定数
- 溶質（x→0）：周りはほぼ溶媒分子 → まったく違う環境 → 別の定数 H が必要
同じ物質でも、濃い側と薄い側で比例定数が変わります。 これが2つの法則に分かれる理由です。
中間の濃度では？
どちらも成り立ちません。 実測値は2本の直線の間を通ります。
その差を表すのが活量係数です。実務ではNRTL、UNIQUACといったモデルで扱います。
ただし、気体の水への溶解のように極端に薄い系では、ヘンリーで十分な精度が出ます。
ヘンリー定数の3つの流儀 ── ここが最大の落とし穴
資料によって定義が違います。 掛けるのか割るのかを間違えると、答えが桁で変わります。
| 定義 | 式 | 単位 | 大きいほど |
|---|---|---|---|
| ① p ＝ H x | 分圧 ＝ H × モル分率 | Pa（大きい値：MPa級） | 溶けにくい |
| ② x ＝ H p | モル分率 ＝ H × 分圧 | 1/Pa | 溶けやすい |
| ③ c ＝ H p | 濃度 ＝ H × 分圧 | mol/(m³·Pa) | 溶けやすい |
①と②は逆数の関係です。①で170 MPa なら、②では 5.9×10⁻⁹ /Pa。
見分け方
MPa や GPa オーダー → ①（p ＝ Hx）
非常に小さい値 → ②か③（x ＝ Hp、c ＝ Hp）
mol/(L·atm) の単位 → ③
甲種化学の試験では ① の形（p ＝ Hx）で与えられます。 問題文に定義が明記されるので、それに従ってください。
実務では文献の定義を必ず確認してください。 「ヘンリー定数 = 1700」だけでは使えません。
主なガスのヘンリー定数（p ＝ Hx、水への溶解、25℃）
| ガス | H［MPa］ | 溶けやすさ |
|---|---|---|
| He | 約14,600 | 極めて溶けにくい |
| H₂ | 約7,100 | 溶けにくい |
| N₂ | 約8,700 | 溶けにくい |
| O₂ | 約4,400 | N₂ の約2倍溶ける |
| CH₄ | 約4,100 | ── |
| CO₂ | 約165 | N₂ の約50倍 |
| H₂S | 約55 | よく溶ける |
| NH₃ | 約0.1未満 | 極めてよく溶ける（ヘンリー則から外れる） |
H が小さいほど溶けやすい（①の定義のとき）。ここは直感と逆なので注意してください.
空気中の酸素と窒素で、水に溶ける比率が違う
空気は N₂ 79%・O₂ 21% ですが、水に溶けた空気は O₂ が約35%になります。
N₂：x ＝ 0.79×0.1013 / 8,700 ＝ 9.2×10⁻⁶
O₂：x ＝ 0.21×0.1013 / 4,400 ＝ 4.8×10⁻⁶
O₂ の割合 ＝ 4.8 / (9.2＋4.8) ＝ 34%
酸素のほうが溶けやすいからです。水中生物が呼吸できるのはこのおかげでもあります。
実務的には、これが溶存酸素による腐食の原因になります。水に触れる設備では常に酸素が供給され続ける ── 腐食のメカニズムを参照してください。
数値で確かめる
例1：水に溶ける酸素の量
25℃、大気圧下の水に溶けている酸素は何 mg/L か。
（O₂ の H ＝ 4,400 MPa、空気中の O₂ 分圧 ＝ 0.21 atm）
〔解答〕
p(O₂) ＝ 0.21 × 0.1013 ＝ 0.02127 MPa
x ＝ p/H ＝ 0.02127 / 4,400 ＝ 4.83×10⁻⁶
水1 L ＝ 55.5 mol なので
n(O₂) ＝ 4.83×10⁻⁶ × 55.5 ＝ 2.68×10⁻⁴ mol
質量 ＝ 2.68×10⁻⁴ × 32 ＝ 8.6×10⁻³ g ＝ 8.6 mg/L
実測値は約8.3 mg/L。 ヘンリーの法則で十分な精度が出ています。
ボイラ給水の管理値は0.007 mg/L 以下（脱気後）。大気平衡の1,000分の1以下まで落とす必要があります。
例2：温度を上げると溶解度はどうなるか
気体の溶解度は温度が上がると下がります。 ヘンリー定数 H が大きくなる。
| 温度 | O₂ の H［MPa］ | 溶存酸素［mg/L］ |
|---|---|---|
| 0℃ | 約2,500 | 14.6 |
| 25℃ | 約4,400 | 8.3 |
| 50℃ | 約6,000 | 5.6 |
| 100℃ | ── | 0（沸騰で追い出される） |
これが脱気器の原理です。 加熱して溶存ガスを追い出す。
固体の溶解度は温度が上がると上がるのが普通ですが、気体は逆です。
気体が液に溶ける過程は発熱（気体分子が液中に固定され、エネルギーを放出する）
ル・シャトリエの原理より、温度を上げると発熱側の反応は戻る
→ 溶解度が下がる
炭酸飲料を温めると気が抜けるのはこれです。
例3：減圧で析出するガスの量
5 MPaA で CO₂ が飽和した水を、大気圧まで減圧した。
水1 m³ あたり、常圧換算で何 m³ の CO₂ が出てくるか。
〔解答〕
5 MPa での溶解：x ＝ 5 / 165 ＝ 3.03×10⁻²
0.1 MPa での溶解：x ＝ 0.1 / 165 ＝ 6.06×10⁻⁴
差 ＝ 2.97×10⁻²
水1 m³ ＝ 55,500 mol なので
析出量 ＝ 2.97×10⁻² × 55,500 ＝ 1,648 mol
常圧換算 ＝ 1,648 × 24.5×10⁻³ ＝ 約40 m³
水1 m³ から40 m³ のガスが出ます。 これが減圧時に気泡が噴き出す理由です。
フラッシュタンクや減圧弁の下流でこれが起きます。 液が泡立って設計流量が流れなくなる、あるいは二相流で配管が振動する ── 実務でよくあるトラブルです。
実務での使いどころと、失敗例
使いどころ①：ガス吸収塔の設計
吸収塔は「気相の分圧」と「液相の濃度」の差を駆動力にしています。
平衡線：ヘンリーの法則で決まる（p ＝ Hx）
操作線：物質収支で決まる
2本の線の間の距離が推進力
→ 距離が大きいほど、少ない段数・少ない充填高さで済む
H が大きい（溶けにくい）ガスは、吸収塔では取りきれません。 別の方法（燃焼・吸着）を考えます。
水洗除害が効くのはH が小さいガス（NH₃・HCl・H₂S・SO₂）です。
H₂・N₂・CH₄ は水洗では取れません。 除害設備の選定はここから決まります。
使いどころ②：キャビテーションと脱ガス
ポンプの吸込側で圧力が下がると、2つのことが同時に起きます。
| 現象 | 何が出てくるか | 条件 |
|---|---|---|
| キャビテーション | 液そのものの蒸気 | 圧力 ＜ 飽和蒸気圧 |
| 脱ガス | 溶けていたガス | 圧力低下でヘンリー則から析出 |
脱ガスのほうが先に起きます。 飽和蒸気圧に達する前から、溶存ガスは出てきます。
だからNPSHに余裕があっても、気泡でポンプ性能が落ちることがあります。
失敗例：サンプリング時にガスが抜けて分析値が狂う
加圧下の液をサンプリングボトルに常圧で採取
→ 溶存ガスが析出して抜ける
→ 分析値が実際より低く出る
加圧下のサンプルは、加圧のまま採取する（密閉ボンベサンプラー）のが正しい方法です。
失敗例：脱酸素したつもりで、配管から酸素が入る
脱気器で溶存酸素を落としても、下流の配管が負圧になっていると大気から酸素が入ります。
ヘンリーの法則は「入る側」にも働きます。 分圧差があれば、どちらの向きにも移動します.
負圧部のフランジ・シール部は、漏れる（外へ）だけでなく吸い込む（中へ）ことを想定してください。
ラウールの法則との併用 ── 実務では両方使う
気液平衡の計算では、成分ごとに使う法則が違うことがあります。
水（溶媒、x ≒ 1）→ ラウール：p_H₂O ＝ x_H₂O × p°_H₂O
CO₂（溶質、x ≒ 0）→ ヘンリー：p_CO₂ ＝ H × x_CO₂
同じ系の中で、成分ごとに法則を使い分けます。 これが実務での標準的な扱いです。
見分けの実践
飽和蒸気圧 p° が与えられている → ラウール
ヘンリー定数 H が与えられている → ヘンリー
「溶解度」「水への溶解」という語 → ヘンリー
「気液平衡」「沸点」という語 → ラウール
ラウールの法則とドルトンの法則はラウールの法則とドルトンの法則で扱っています。
甲種化学ではこう出ます
学識の型3にあたります。令和2〜6年度の60大問中6回、うちヘンリーが3回と最多でした。
| 年度・問 | 内容 |
|---|---|
| R2 国試 問1 | 酸素の飽和水溶液（ヘンリー） |
| R6 検定 問1 | 気体Aの水への溶解と温度変化（ヘンリー定数が温度で変わる） |
| R2 検定 問1 | エタノールの気液平衡（ラウール） |
ヘンリー定数から液相のモル分率を出す
温度を上げたときの再平衡（総量保存で立式する）
飽和蒸気圧との併用（全圧から水蒸気を引く）
解き方と過去問の詳細は学識・型3｜蒸気圧と気液平衡にまとめています。
検定の問6では「気体の溶解度とガス吸収法」が記述として出ています（R5検定）。→ 学識 問6の記述問題
まとめ
- ラウールは溶媒（x→1）、ヘンリーは溶質（x→0）。同じ形で定数が違う
- ヘンリー定数には3つの流儀がある。定義を必ず確認する
- p ＝ Hx の定義なら、H が小さいほど溶けやすい
- 気体の溶解度は温度が上がると下がる（溶解が発熱だから）
- 水に溶けた空気はO₂ が約35%（酸素のほうが溶けやすい）
- 減圧すると大量のガスが析出する（5 MPa の CO₂ 飽和水1 m³ から40 m³）
- 水洗除害が効くのは H が小さいガス（NH₃・HCl・H₂S・SO₂）
- キャビテーションより脱ガスのほうが先に起きる
- 同じ系でも成分ごとに法則を使い分ける
熱力学の基礎に戻る場合は理想気体の状態方程式、実在気体の補正は実在気体｜圧縮係数とvdW式へ。
吸着による分離はPSAとTSA｜吸着によるガス分離を参照してください。
