확산

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확산에 대해 정리한 자료입니다.

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정 의
그레이엄의 기체 확산법칙

본문내용

정 의
밀도 차이나 농도 차이에 의해 물질을 이루고 있는 입자들이 스스로 운동하여 농도(밀도)가 높은 쪽에서 농도(밀도)가 낮은 쪽으로 액체나 기체 속을 분자가 퍼져 나가는 현상이다. 물에서 보다는 공기 중에서 확산 속도가 빠르고, 공기보다는 진공 속에서 확산 속도가 빠르다. 또한 물질이 퍼져 나가는 속도, 즉 확산 속도는 분자의 무게가 가벼울수록, 온도가 높을수록 빠르다.

기체 입자의 일정한 운동과 빠른 속도는 몇 가지 중요한 결론에 이른다. 그 결론 중 하나는 기체들이 접촉하면 빠른 속도로 섞인다는 것이다. 예를 들어, 향수병 마개를 열면 향기는 실내로 빠르게 퍼진다. 이것은 향수 분자들이 공기 분자와 섞이기 때문이다. 이와 같이 다른 종류의 기체 분자들이 무질서한 분자 운동과 잦은 충돌로 섞이는 현상을 확산이라고 한다. 기체 분자들이 충돌하지 않고 막의 작은 구멍을 통해서 달아나는 유사한 과정을 분출이라고 한다.

1800년대 중반에 스코틀랜드 화학자 토마스 그레이엄에 의해서 정립된 그레이엄 법칙에 따르면 기체들의 분출속도는 몰 질량의 제곱근에 반비례한다. 다시 말하면, 가벼운 분자일수록 더 빨리 분출한다.

그레이엄의 기체 확산법칙
일정한 온도와 압력 상태에서 기체의 확산 속도는 그 기체 분자량의 제곱근(밀도의 제곱근)에 반비례한다는 법칙이다. 같은 온도에서 기체 분자의 운동에너지는 그 종류와는 관계없이 일정하므로 가벼운 분자는 빨리 움직이고, 무거운 분자는 느리게 운동한다. 온도가 같으므로 그들의 평균 분자 운동에너지는 같다.
곧, 용기 안에 있는 등온 ·등압의 기체가 용기 벽에 뚫린 작은 구멍을 통해 유출할 때, 그 속도는 기체 밀도의 제곱근에 반비례하고, 용기 내외의 압력차의 제곱근에 비례한다. 또한 일정한 온도에서 일정량의 기체 분자가 용기의 벽에 자주 부딪치므로 단위 시간당 충돌 횟수가 증가하여 압력이 커진다. 용기 안의 압력이 높을수록 용기 속의 기체가 빠르게 밖으로 나가게 된다.

참고자료

· 없음