부분 압력 계산기(돌턴 법칙) 쉽게 이해하기 — 개념과 원리

돌턴의 부분 압력 법칙에 따르면 혼합 기체 속 각 성분은 마치 혼자 있는 것처럼 벽에 압력을 가하고, 전체 압력은 이 압력들의 합입니다. 전체 압력과 각 기체의 몰분율(%)을 쉼표로 구분해 넣으면 성분별 부분 압력을 계산합니다. 호흡 생리, 잠수와 기체 혼합, 마취, 화학 평형 문제 등에 쓰입니다.

분압 = 비율 × 전체 압력이며, 네 분압을 더하면 다시 101.325 kPa입니다.

계산 방법

pᵢ = xᵢ × P_전체

P_전체: 혼합 기체의 전체 절대 압력(kPa)입니다.
xᵢ: 성분 i의 몰분율로, %로 입력하면 100으로 나누어 씁니다.
pᵢ: 성분 i의 부분 압력으로, P_전체와 같은 단위입니다.

몰분율의 합도 함께 보여 줍니다. 이 값은 100이어야 하며, 그렇지 않으면 성분이 빠졌거나 오타가 있다는 뜻입니다.

원리

이상기체의 압력은 분자의 종류와 상관없이 단위 부피당 분자 수와 온도에만 달려 있습니다. 따라서 혼합 기체에서 각 성분의 압력은 pᵢ = nᵢRT/V이고, 이를 모두 더하면 P_전체 = (Σnᵢ)RT/V입니다. 두 식을 나누면 pᵢ / P_전체 = nᵢ / n_전체 = xᵢ가 됩니다. 19세기 초 돌턴이 이 관계를 밝혔습니다. 이상기체에서는 몰분율과 부피 분율이 같으므로, 공기 조성을 부피 %로 나타낸 값을 그대로 쓸 수 있습니다.

예제 풀이

입력값: P_전체 = 101.325 kPa, 건조 공기 조성 N₂ 78.08%, O₂ 20.95%, Ar 0.93%, CO₂ 0.04%입니다.
질소: 101.325 × 0.7808 = 79.1146 kPa입니다.
산소: 101.325 × 0.2095 = 21.2276 kPa입니다.
아르곤: 101.325 × 0.0093 = 0.942323 kPa입니다.
이산화탄소: 101.325 × 0.0004 = 0.04053 kPa입니다.
몰분율의 합은 100입니다.

결과 해석

기체가 액체에 녹는 양이나 혈액으로 확산되는 속도를 결정하는 것은 비율(%)이 아니라 부분 압력입니다. 높은 산에서도 산소 비율은 약 20.95%로 거의 같지만 전체 압력이 낮아 산소 부분 압력도 함께 낮아지므로 숨쉬기가 힘들어집니다. 잠수할 때는 반대로 수심 10 m에서 전체 압력이 약 두 배가 되고 모든 부분 압력도 두 배가 됩니다. 그래서 잠수부는 산소 중독을 피하려고 산소 부분 압력에 한도를 둡니다.

흔한 실수

절대압 대신 계기압(실린더 게이지 값)을 넣는 경우입니다.
%를 넣어야 하는데 0.21처럼 소수로 넣는 경우입니다.
수증기를 빠뜨리는 경우입니다. 습한 공기나 날숨에는 수증기가 있어 전체 압력의 일부를 차지합니다.

주의: 돌턴 법칙은 이상기체에서만 정확합니다. 깊은 잠수나 산업용 고압 저장처럼 압력이 높으면 실제 혼합 기체는 이 법칙에서 벗어납니다. 이 계산기는 학습과 어림용이며, 공인된 잠수 계획이나 의료용 가스 절차를 대신할 수 없습니다.

자주 묻는 질문

높은 산 정상의 산소 부분 압력은 어떻게 구하나요?

그곳의 전체 기압에 0.2095를 곱하면 됩니다. 기압이 해수면의 절반이면 산소 부분 압력도 약 절반입니다.

몰분율과 질량 분율은 같은가요?

다릅니다. 질량 분율은 각 성분의 몰질량으로 나누어 몰수로 바꾼 뒤 적용해야 합니다.

CO₂가 0.04%인 이유는 무엇인가요?

반올림한 현재 값입니다. 대기 중 CO₂ 농도는 400 ppm을 조금 넘는 수준까지 올라왔습니다.

출처: P. Atkins and J. de Paula, Atkins' Physical Chemistry, Oxford University Press · ISO 2533:1975, Standard Atmosphere · OpenStax, Chemistry 2e, Section 9.3 "Stoichiometry of Gaseous Substances, Mixtures, and Reactions"

2026년 11월 8일 확인. 국제단위(SI) 기준의 표준 교과서 공식으로 브라우저에서 계산합니다. 학습·추정용이며, 실제 설계는 해당 국가의 기준과 자격 있는 기술자의 검토를 따라야 합니다.

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