기체분자의 확산

graham의 법칙 기체 확산 과정에서 기체 분자들은 높은 농도의 영역에서 낮은 농도의 영역으로 이동한다. 예를 들면, 염소 기체가 담겨있는 병이 강의실에서 열리면 강의실 앞 줄에 앉은 학생들은 날카로운 염소 기체의 냄새를 먼저 느낄 것이다. 확산은 비교적 느린 과정이다. 즉 시료 기체가 한 쪽에서 확산되기 시작하였을 때 방 전체에 균일하게 분포되기까지는 몇 시간이 걸릴수도 있다. 기체 입자들은 끊임없이 서로 충돌하면서 이동하기 때문에 이와같은 충돌과정이 한 방향의 실질적인 이동 속도를 크게 감소시킨다. 확산은 분자의 운동관점에서 다소 복잡한 과정이다. 그러므로 작은 구멍을 통하여 낮은 압력으로 확산되는 기체 분자의 흐름, 즉 유출(effusion)이 반응속도론을 이용하여 현상을 이해하는데 더 많이 사용된다. 여러 다른 기체들의 상대적인 유출률은 다음과 같은 두가지 요인에 의존한다. 즉 기체의 압력, 그 입자들의 상대적인 속도이다. 같은 압력 조건하에서 서로 다른 기체 A와 B의 경우 속도만을 고려하면 된다. = UA와 UB는 평균속도이다. 주어진 한 온도에서 = 그러므로 일정 온도와 압력하에서 다음과 같은 관계식을 얻을수있다. = 이 관계는 1829년에 스코틀랜드의 화학자 Thomas Graham에 의해 실험적으로 다소 다른 형태로 발견되었다. Graham은 여러 가지의 물리 및 화학 문제에 관심을 가졌는데, 그 중에서도 공기의 성분 분리에 관심이 많았다. Graham의 법칙은 다음과 같다.