Эффузия и диффузия

В закрытом флаконе духов содержится высокая концентрация газообразных ароматических молекул, которые постоянно движутся и беспорядочно сталкиваются. Между тем, воздух за пределами флакона практически не содержит этих молекул. При открытии флакона устанавливается градиент концентрации между областями высокой и низкой концентрации.Молекулы продолжают беспорядочно перемещаться, из области высокой концентрации в область низкой концентрации. Самопроизвольное перемешивание и распространение жидкостей или газов в ответ на градиент концентрации называется молекулярной диффузией. Диффузия медленный процесс.Несмотря на то, что частицы газа движутся с высокой скоростью, многочисленные столкновения вызывают частые изменения скорости и направления. Среднее расстояние, которое проходит частица между столкновениями, известно как длина свободного пробега. Для частицы газа на длину свободного пробега влияет плотность частиц, которая также влияет на давление.По мере увеличения плотности частиц увеличивается и частота столкновений. Таким образом, их длина свободного пробега уменьшается. Точно так же с уменьшением плотности частиц уменьшается частота столкновений, что приводит к увеличению длины свободного пробега.Различные газы смешиваются с разной скоростью в зависимости от скорости частиц газа. Так как среднеквадратичная скорость и молярная масса газа обратно пропорциональны, более легкие газы смешиваются быстрее, чем более тяжелые. Рассмотрим стеклянную трубку, расположенную между резервуарами с равным количеством аммиака и хлороводорода.Когда смешиваемые газы встречаются, они вступают в реакцию и образуют кольцо хлорида аммония. Кольцо расположено ближе к концу трубки с хлористым водородом, потому что более легкие молекулы аммиака прошли дальше по трубке, чем более тяжелые молекулы хлористого водорода, за то же время. Эффузия это еще один процесс, в котором происходит движение молекул газа.Это способность молекул газа проходить через отверстие, диаметр которого намного меньше, чем длина свободного пробега самого газа, в ответ на перепад давления. Вот почему гелиевые шары в конечном итоге сдуваются гелий постепенно истекает через крошечные поры в материале шара. Скорость истечения, как и диффузия, зависит от среднеквадратичной скорости и молярной массы газа.В частности, скорость истечения обратно пропорциональна квадратному корню из молярной массы газа. Следовательно, более тяжелые газы истекают медленнее, чем более легкие. Для любых двух газов отношение скоростей истечения является квадратным корнем из обратного отношения их молярных масс.Это называется законом эффузии Грэма. Рассмотрим два воздушных шара, наполненных до достижения одинакового давления:один наполнен гелием, а другой кислородом. Гелий имеет более низкую молярную массу, чем кислород, о чем свидетельствует плавучесть гелиевого шара в воздухе.Применение закона Грэма к гелию и кислороду предполагает, что гелий истекает в 2, 8 раза быстрее, чем кислород. Таким образом, шар с гелием сдувается быстрее, чем шар с кислородом.