[일반화학]그레이엄의 확산법칙

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그레이엄의 확산법칙에 관한 레포트입니다.

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1831년 영국의 화학자 T.그레이엄(Graham)에 의해서 정립된 그레이엄의 확산 법칙에 따르면, 일정한 온도와 압력 상태에서 기체의 확산 속도는 그 기체 분자량의 제곱근(밀도의 제곱근)에 반비례한다는 법칙이다. 분자들은 정지해 있지 않고, 스스로 운동하여 움직이는데, 이로 인하여 확산이 일어난다. 어떤 기체가 확산하는 속도는 그 기체의 밀도 또는 분자량에 의존한다는 것을 분자운동론으로부터 알 수 있다. 기체의 확산 속도는 그 기체의 밀도 또는 그 분자량의 제곱근에 비례한다. 그레이엄은 이 관계를 기체의 밀도로써 표시하였다.
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. 용기 내외의 압력을 각각 p1, p2, 기체의 밀도를 ρ, 단위시간에 유출하는 기체의 속도를 v라 하면 속도 v는
v=√2(p1-p2)/ρ
로 구할 수 있다. 또한, 이 법칙은 기체나 액체의 확산현상에도 적용되어, 기체 및 액체가 확산하는 속도는 그 분자량의 제곱근에 반비례한다는 법칙으로도 설명할 수 있다.
온도는 평균 운동 에너지의 척도가 되므로, 같은 온도에서 종류가 다른 기체들은 모두 같은 평균 운동 에너지를 가질 것이다. 기체들의 평균 운동 에너지 (1/2)mu2
이 일정하다면 평균 속도들의 비는 분자량의 제곱근의 비에 반비례해야 한다. 이것은 기체의 유출 혹은 확산 속도를 비교하여 봄으로써 확인할 수 있다.
최초의 원자폭탄을 만들기 위한 핵연료는 이 방식으로 정제되었다.
일정한 온도와 압력에서 두 기체의 확산 속도(v)의 비는 밀도 (ρ)의 제곱근에 반비례한다.

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