はじめに
スコットランドの物理化学者であるトーマス グラハムは、1848 年にグラハムの流出の法則 (グラハムの拡散の法則とも呼ばれます) を提案しました。グラハムは、ガスの流出速度がその粒子のモル質量の平方根に反比例することを発見しました。
拡散とは?
高濃度から低濃度への粒子の移動は、拡散と呼ばれます。
たとえば、水の入ったグラスに角砂糖を落とすと、砂糖の粒子は角砂糖の高濃度から低濃度の水に移動するときに水の中で混ざり合います。
胸水とは?
浸出とは、容器の壁にある非常に小さな穴からガスが逃げるプロセスです。穴の直径は、気体分子の平均自由行程よりも小さくなっています。容器と周囲環境との圧力差により、ガスが逃げます。流出率は、化学や物理学を学ぶときにガスの密度、圧力、温度を計算するために使用されます。
グラハムの拡散と滲出の法則
グラハムの拡散の法則は、化学における重要な研究でした。グラハムの拡散の法則としても知られるこの法則は、1848 年にトーマス グラハムによって発見されました。浸出速度に関する彼の研究により、重い分子は軽い分子よりもゆっくりと移動することが明らかになりました。温度と圧力が一定に保たれている場合、グラハムの流出または拡散の法則によれば、モル質量の大きい原子はモル質量の小さい原子よりもゆっくりと流出します。彼はまた、拡散速度または分子がどのように逃げるかについて述べました.
また、浸出速度はモル質量の平方根に反比例すると主張しています。グラハムの拡散法則式は、このステートメントから導き出されます。一定の温度と圧力で 2 つのガスの速度を比較するために使用できます。 r1 と r2 が 2 つのガスの流出速度であり、M1 と M2 がモル質量であると仮定します。その結果、式は次のように記述できます。
r1/r2 =√M1/M2
拡散率の計算
r1 と r2 を、一定の温度と圧力でのモル質量 M1 と M2、密度 d1 と d2 の 2 つのガスの拡散速度とする。
グラハムの法則は
r1/r2 =d2/d1
ただし、蒸気密度、または密度 (d) 蒸気密度は、ガス密度 (D) に比例します。ここでも、分子量は 2 つの蒸気密度または M =2D に等しくなります。
その結果、
r1/r2 =M2/M1
ガスの分子量に関する拡散速度は、この式を使用して計算されます。
浸出率の計算
「エフュージョン」という用語は、小さな開口部から空間の真空または開いた容器への気体粒子の移動を指します。この空間は、真空、気体、さらには大気である可能性があります。この過程で、材料の分子が密閉容器から開口部を通って逃げ出します。
流出速度は、閉じた空間から材料粒子が時間の経過とともに逃げるプロセスです。浸出率の計算式を見てみましょう。
ガスの流出速度は、そのモル質量の 2 乗に反比例します。したがって、浸出率の式は、
r2/r1 =√(M2/M1)
グラハムの法則の重要性
グラハムの法則の重要性は次のとおりです。
- さまざまな密度のガスの分離を容易にします。
- さまざまな元素の同位体の分離に役立ちます。
- 拡散/浸出速度を使用すると、未知のガスの分子量を決定するのに役立ちます。
グラハムの拡散法則の適用
グラハムの法則は、次の状況に適用できます。
- グラハムの法則は、主にガス混合物中の成分を部分的に分離するために使用されます。
- 混合物が多孔質の壁を備えたチューブから押し出された場合、時間の経過とともに軽い成分が重い成分よりも速く拡散します。
- 各拡散画分でプロセスを繰り返すと、1 つの成分の濃度が他の成分に比べて劇的に上昇します。これはアトモリシスと呼ばれます。この方法では、アルゴンを窒素と組み合わせて濃縮しました。
- 原子分解は、ネオン、塩素、臭素、酸素、およびその他の元素の同位体を部分的に分離するために使用されています。
- グラハムの法則は、炭鉱からのメタンまたは湿地ガスを検出するために使用されます。
結論
気体粒子のランダムな動きは避けられません。気体粒子には運動エネルギーが存在するため、拡散は自然です。ガス分子は高温でより多くの運動エネルギーを持つため、拡散はより速く起こります。小さな穴を通るガス粒子の流れはエフュージョンと呼ばれます。グラハムの法則によると、ガスの流出速度はその粒子質量の平方根に反比例します。グラハムの法則は、さまざまな業界で適用される非常に実用的な概念です。これは非常に重要なトピックでもあり、今後の試験に合格するには徹底的に学習する必要があります。
