기체 확산속도 [온도와 질량(분자량)] / 평균운동에너지와 평균운동속도

 

기체 확산속도에 영향을 주는 요인은 온도와 질량(분자량)이며 이것에 의해 변화한다.

 

1. 확산속도와 온도와의 관계(질량 일정)

   같은 기체로 실험

 

 

>> 온도가 올라가면 평균 운동에너지가 올라가고 질량은 일정하기 때문에 평균 운동속도가 올라가게 된다..

이러한 결과로 확산속도가 증가하게 된다.

 

예) 여름에 냄새가 심한 이유가 온도 때문이다.

 

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2.  확산속도와 질량과의 관계(온도 일정)

    서로 다른 기체로 실험

 

 

위의 A, B의 식에서 절대온도 T는 같다. K는 상수값으로 결국 A, B 두 기체의 평균 운동에너지는 같다.

 

결론은 이 세상 모든 기체는 절대온도가 같으면 평균 운동에너지가 같다는 말이다.

 

그래서 다음과 같은 등식이 성립하게 된다.

 

이 식을 다시 정리하면

 

V는 평균 운동속도인데 확산속도로 봐도 무관하다.

 

위의 식을 '그레이엄의 확산속도 법칙'이라고 한다. 확산속도를 양적으로 계산하여 표현할 수 있다는 점에 의의가 있다.

 

위의 식을 말로 표현하면 "확산속도는 분자량의 제곱근에 반비례한다."

 

간단한 예로 A의 분자량을 1, B의 분자량을 4라고 가정하면 다음과 같이 확산속도를 수로 표현할 수 있다.

 

A가 B보다 확산속도가 2배 빠르다는 말이다.

 

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♣ 확산속도 문제로 자주 등장하는 문제를 풀어봅시다.

 

유리관 양 끝에 염산과 암모니아를 넣고 양쪽을 막는다.

이 두기체가 만나면 미세한 가루가 생긴다. (흰 연기 띠로 보인다.)

 

위의 그림에서 A, B를 구해보시오.

 

[해설]

 

위의 식에 대입한다.

확산속도를 수치로 나타내면

 

A의 확산속도가 대략 4, B의 확산속도가 대략 6 정도 된다.

 

A = 30 * 0.4 = 12cm

B = 30 * 0.6 = 18cm

 

이렇게 구할 수 있다.

 

이 결과로 다음과 같은 사실을 다시 한번 확인할 수 있다.

 

분자량이 가벼우면 확산속도가 빠르고 분자량이 무거운 쪽이 확산속도가 느리다.

 

이것은 평균 운동에너지가 같기 때문에 가능한 것이다.