이산화탄소 가스가 높은 압력으로 녹아 있는 탄산음료의 뚜껑을 열면 외부 압력이 낮아지면서 기체의 용해도가 감소하여 기포가 발생하는 현상을 헨리의 법칙으로 설명해 주세요.

Question

이산화탄소 가스가 높은 압력으로 녹아 있는 탄산음료의 뚜껑을 열면 외부 압력이 낮아지면서 기체의 용해도가 감소하여 기포가 발생하는 현상을 헨리의 법칙으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

헨리의 법칙은 일정한 온도에서 기체의 용해도가 그 기체의 부분 압력에 비례한다는 물리 화학적 원리입니다. 즉, 액체 표면과 맞닿아 있는 기체의 압력이 높을수록 더 많은 가스가 액체 속에 녹아 들어갈 수 있다는 의미입니다.

​탄산음료를 제조하고 밀봉할 때는 음료 내부의 기압을 대기압보다 훨씬 높은 약 3~4기압 정도로 유지합니다. 이 고압 상태에서는 헨리의 법칙에 따라 매우 많은 양의 이산화탄소 가스가 액체 속에 강제로 녹아 있게 됩니다.

​이 상태에서 음료의 뚜껑을 열면, 밀봉되었던 내부 공간이 대기 중으로 노출되면서 음료 표면에 작용하던 이산화탄소의 압력이 약 1기압의 대기압 수준으로 급격하게 떨어집니다. 이처럼 외부 압력이 낮아지면 헨리의 법칙에 의해 이산화탄소 기체의 용해도가 압력이 낮아진 비율만큼 크게 감소하게 됩니다.

​결국 압력이 낮아진 만큼 액체 내부가 이산화탄소를 더 이상 붙잡아 둘 수 없는 과포화 상태가 되면서, 녹아 있던 가스들이 액체 밖으로 빠져나오기 시작합니다. 이때 빠져나온 가스들이 서로 뭉치며 눈에 보이는 기포를 형성하고 위로 떠오르는 현상이 발생하게 됩니다.