기체 분압 계산기(돌턴의 분압 법칙)
혼합 기체의 전체 압력과 각 성분의 몰분율(또는 몰수)을 이용해, 돌턴의 분압 법칙 P_i = x_i × P_total 로 각 성분의 분압을 계산합니다.
이용 팁
- 몰수 모드에서는 각 성분의 몰수만 입력하면 되며, 몰분율은 자동으로 계산되어 합계가 항상 1이 됩니다.
- 몰분율 모드에서 합계가 1과 다를 경우, 비율을 유지한 채 자동으로 정규화되므로 약간의 입력 오차는 신경 쓰지 않아도 됩니다.
- 성분은 2〜5개까지 추가·삭제할 수 있습니다. 공기의 주요 성분(질소·산소·아르곤·이산화탄소)으로 시험해 보세요.
- 단일 기체의 압력·부피·온도·물질량 관계를 알아보려면, 자매 도구인 이상 기체 상태방정식 계산기(PV=nRT)가 유용합니다.
자주 묻는 질문
혼합 기체에서 각 성분 기체는 마치 자신만이 용기를 차지하고 있는 것처럼 행동하며, 혼합 기체의 전체 압력은 각 성분의 분압을 모두 합한 값과 같다는 법칙입니다. 각 성분의 분압은 그 성분의 몰분율에 전체 압력을 곱한 값(P_i = x_i × P_total)으로 구합니다.
몰분율이란 혼합 기체 전체의 물질량(몰수)에 대한 특정 성분 기체의 물질량 비율을 말합니다. 모든 성분의 몰분율을 합하면 반드시 1이 됩니다. 예를 들어 공기 중 질소의 몰분율은 약 0.78(78%)입니다.
인체가 산소를 얼마나 잘 흡수하는지는 산소의 비율(%) 자체가 아니라 산소 분압에 달려 있습니다. 고지대에서는 전체 기압이 낮아지기 때문에 산소 비율이 21%로 그대로여도 산소 분압이 낮아져 저산소증을 일으킵니다. 반대로 깊은 곳에서의 다이빙은 전체 압력이 높아져 산소 분압이 지나치게 높아지면서 산소 중독의 위험이 생깁니다.
이 도구는 입력한 몰분율의 합이 1과 크게 차이가 나면, 비율을 유지한 채 자동으로 정규화하여 계산합니다. 합계가 이미 1에 가까우면 입력한 값 그대로 계산됩니다.
여담 ― 분압이 생사를 가르는 순간
돌턴의 분압 법칙은 원자론으로 잘 알려진 영국의 화학자 존 돌턴이 1801년에 제안한 법칙입니다. 돌턴은 원래 기상학에 깊은 관심을 가지고 있었으며, 대기 중 수증기와 다른 기체의 거동을 연구하는 과정에서 여러 기체가 섞여 있어도 각 기체는 서로 독립적으로 행동하며, 혼합 기체의 전체 압력은 각 성분의 분압을 단순히 합한 값이 된다는 사실을 발견했습니다.
우리가 숨 쉬는 공기 자체도 질소(약 78%)·산소(약 21%)·아르곤(약 0.93%)·이산화탄소(약 0.04%) 등이 섞인 혼합 기체입니다. 지표면 부근의 기압을 1기압이라 하면 산소의 분압은 약 0.21기압이 되며, 바로 이 분압의 크기가 호흡을 통해 혈액에 산소가 흡수되는 효율을 좌우합니다.
분압 개념은 의학과 스포츠 과학 현장에서도 빼놓을 수 없습니다. 고산병은 고도가 높아짐에 따라 전체 기압이 낮아지고 산소 분압이 감소하면서 발생하며, 스쿠버 다이빙에서는 수심이 깊어질수록 전체 압력이 높아져 공기 중 질소의 분압이 상승해 혈액에 더 잘 녹아들면서 감압병(잠수병)의 원인이 됩니다. 분압을 올바르게 이해하는 것은 단순한 화학 계산에 그치지 않고 신체 안전과도 직결됩니다.