その理由は次のとおりです。
* 運動分子理論: この理論では、ガス分子は一定のランダム運動であり、その平均運動エネルギーは絶対温度に直接比例していると述べています。
* 運動エネルギー方程式: ガス分子の運動エネルギー(KE)は、KE =(1/2)mV²で与えられます。ここで、Mは質量、Vは速度です。
* モル質量と速度: 特定の温度でのすべてのガス分子の運動エネルギーは同じであるため、より重い分子(モル質量が高い)は、より大きな質量を補うために速度が低くなります。
数学的表現:
ガス分子の根平均速度(VRMS)は以下によって与えられます。
vrms =√(3rt/m)
どこ:
* rは理想的なガス定数です
* tは絶対温度です
* mはモル質量です
この方程式は、速度とモル質量の逆の関係を明確に示しています。
意味:
* 拡散: 軽いガスは、分子がより速く移動するため、より重いガスよりも速く拡散します。
* 流出: 滲出速度(小さな穴を通るガス分子の通過)も、モル質量の平方根に反比例します。これは、グラハムの滲出法則として知られています。
例:
水素ガス(H2、モル質量=2 g/mol)は、同じ温度で酸素ガス(O2、モル質量=32 g/mol)よりも高い速度を持ちます。これが、水素ガスが酸素ガスよりも速く容器から逃げる理由です。