Efüzyon ve Difüzyon

Kapalı bir parfüm şişesi, sürekli hareket eden ve rastgele çarpışan yüksek konsantrasyonda aromatik gaz molekülleri içerir. Bu arada, şişenin dışındaki hava aslında bu moleküllerden hiçbirini içermez. Şişe açıldığında, bu yüksek ve düşük konsantrasyon bölgeleri arasında bir konsantrasyon farkı oluşur.

Moleküller, genel olarak yüksek konsantrasyonlu bölgeden düşük konsantrasyonlu bölgeye rasgele şekilde hareket etmeye devam eder. Bir konsantrasyon gradyanına yanıt olarak sıvıların veya gazların kendiliğinden karışması ve yayılmasına moleküler difüzyon denir. Difüzyon yavaş bir süreçtir.

Gaz parçacıkları yüksek hızlarda hareket etse de, çok sayıda çarpışma hız ve yönde sık sık değişikliklere neden olur. Bir parçacığın çarpışmalar arasında kat ettiği ortalama mesafe, ortalama serbest yol olarak bilinir. Bir gaz parçacığı için, ortalama serbest yol, basıncı da etkileyen parçacık yoğunluğundan etkilenir.

Parçacık yoğunluğu arttıkça çarpışma sıklığı da artar. Böylece, ortalama serbest yolları daha kısadır. Aynı şekilde, partikül yoğunluğu azaldıkça, çarpışma sıklığı da azalır ve daha uzun ortalama serbest bir yola neden olur.

Gaz parçacıklarının hızına bağlı olarak farklı gazlar farklı oranlarda yayılır. Bir gazın ortalama karekökü veya RMS, hız ve molar kütlesi ters orantılı olduğundan, hafif gazlar daha ağır gazlardan daha hızlı yayılır. Eşit miktarda amonyak ve hidrojen klorür gazı içeren hazneler arasında bir cam tüp düşünelim.

Yayılan gazlar karşılaştığında, bir amonyum klorür halkası oluşturarak reaksiyona girerler. Halka, tüpün hidrojen klorür ucuna daha yakındır, çünkü daha hafif amonyak molekülleri, aynı sürede daha ağır hidrojen klorür moleküllerine göre tüpün aşağısına doğru hareket etmiştir. Efüzyon, gaz moleküllerinin hareketini içeren başka bir süreçtir.

Gaz moleküllerinin, bir basınç farkına tepki olarak gazın ortalama serbest yolundan çok daha küçük çaplı bir delikten geçme kabiliyetidir. Helyum balonlarının sonunda sönmesinin nedeni budur, helyum, balon materyalindeki küçük gözeneklerden yavaş yavaş dışarı akar. Difüzyon gibi efüzyon hızı, gazın RMS hızına ve molar kütlesine bağlıdır.

Spesifik olarak, efüzyon hızı, gazın molar kütlesinin karekökü ile ters orantılıdır. Bu nedenle, daha ağır gazlar, hafiflere göre daha yavaş efüzyona uğrar. Herhangi iki gaz için, efüzyon hızlarının oranı molar kütlelerinin oranının tersinin kareköküdür.

Buna Graham'ın efüzyon yasası denir. Aynı basınca şişirilmiş biri helyumla, diğeri oksijenle dolu iki balonu düşünelim. Helyum balonunun havadaki kaldırma kuvveti ile gösterildiği gibi, helyumun molar kütlesi oksijenden daha düşüktür.

Graham yasasının helyum ve oksijene uygulanması, helyumun oksijenden 2, 8 kat daha hızlı aktığını gösterir. Böylece helyum balonu oksijen balonundan daha hızlı söner.