Verhalten von Gasmolekülen: molekulare Diffusion, mittlere freie Weglänge und Effusion

Eine geschlossene Parfümflasche enthält eine hohe Konzentration an gasförmigen aromatischen Molekülen, die sich ständig bewegen und zufällig kollidieren. Währenddessen enthält die Luft außerhalb der Flasche im Wesentlichen keines dieser Moleküle. Beim Öffnen der Flasche wird ein Konzentrationsgradient zwischen diesen hoch-und niedrigkonzentrierten Regionen entstehen.

Die Moleküle setzen ihre zufällige Bewegung fort, mit allgemeinen Richtung von dem konzentrierten Teil in den niedrig konzentrierten Teil. Das spontane Mischen und Ausbreiten von Flüssigkeiten oder Gasen als Reaktion auf einen Konzentrationsgradienten wird molekulare Diffusion genannt. Die Diffusion ist ein langsamer Prozess.

Auch wenn sich Gaspartikeln mit hoher Geschwindigkeit bewegen, verursachen die zahlreichen Kollisionen häufige Veränderungen in Geschwindigkeit und Richtung. Die durchschnittliche Entfernung, die ein Teilchen zwischen Kollisionen zurücklegt, ist als sein mittlerer freier Weg bekannt. Für ein Gasteilchen, wird seine mittlere freie Weglänge durch die Teilchendichte beeinflusst, die sich auch auf den Druck auswirkt.

Wenn die Teilchendichte zunimmt, nimmt auch die Kollisionsfrequenz zu. Daher ist der mit