[일반화학개론]기체의 성질과 행동 5부






Gramham의 법칙


기체들이 서로 접촉하게 되면, 기체 입자의 일정한 운동과 빠른 속도로 인해 빠른 속도로 섞이게 된다. 예를 들어, 향수병의 마개를 열면 향기가 실내로 빠르게 퍼지게 되는데, 이는 향수 입자가 공기 입자와 서로 섞이기 때문이다. 이와 같이 다른 종류의 기체 입자들이 무질서한 입자 운동과 잦은 충돌로 인해 섞이는 현상을 확산 (Diffusion)이라고 하며, 기체 입자들이 충돌하지 않고 막의 작은 구멍을 통해 달아나는 유사한 현상을 분출(Effusion) 이라 한다.


1800년대 중반에 Graham에 의해서 정립된 Graham의 법칙에 따르면, 기체의 분출 속도는 몰 질량의 제곱근에 반비례한다. 이 말은 분자가 가벼우면 가벼울수록 더욱 더 빨리 분출한다는 것을 뜻한다. 서로 다른 기체의 상대적인 분출 비는 기체의 압력과 온도, 그 기체 입자들의 상대적인 속도라는 요인에 의해 좌우되는데, 기체가 만약 같은 압력과 온도의 조건에 있다면, 서로 다른 기체 1과 2에 대해,


식으로부터




이와 같이 기체의 분출속도는 그 기체의 몰 질량, M 의 제곱근에 반비례한다.





예제 13 H2, HD, D2를 포함하고 있는 수소기체의 시료를 순수한 성분들로 분리하려고 한다. (여기서 H는 수소, D는 중수소 이다). 이 세 분자의 상대적인 확산속도는 얼마인가?

풀이 : H2의 분자량 = 2.0 amu, HD의 분자량 = 3.0 amu, D2의 분자량 = 4.0 amu 이 중에서 D2의 분자량이 가장 무거우므로, 가장 느리게 확산할 것이다. 따라서 D2를 1.00으로 놓는 기준 물질로 하여 상대적인 확산속도를 구하면 된다.




따라서 상대적인 확산속도는 H2 (1.41) > HD (1.15) > D2 (1.00)

 


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