當(dāng)在一密閉的容器中,自由地放入一部分氣體樣品,則則氣體會(huì)很快地?cái)U(kuò)散到整個(gè)容器(參見(jiàn)圖10-10)。如果把一氣體混合物放在一個(gè)容器中,容器的壁是多孔的而能使氣體穿過(guò)的話(huà),將會(huì)發(fā)生氣體通過(guò)多孔壁而進(jìn)行擴(kuò)散的現(xiàn)象。較輕的氣體將比較重的氣體能更快地通過(guò)多孔壁而進(jìn)行擴(kuò)散。格拉罕姆( Thomas Grahan)在1832年研究了各種不同氣體的擴(kuò)散速度指出:氣體的擴(kuò)散速度與它的密度(或分子量)平方根成反比。
計(jì)算氫氣的護(hù)散速度對(duì)氧氣擴(kuò)散速度的比值。
利用密度:
氫氣的密度是0.08987克/升;氧氣的密度是1.429克/升。
氫氣的擴(kuò)散速度 根號(hào)1.429克/升 1.20 4
———————— = ———————— = ——— = —
氧氣的擴(kuò)散速度 根號(hào)0.08987克/升 0.30 1
或者利用分子量:
氫氣的擴(kuò)散速度 根號(hào)32 根號(hào)2根號(hào)16 根號(hào)16 4
———————— = ——— = —————— = ———— ——
氧氣的擴(kuò)散速度 根號(hào)2 根號(hào)2 1 1
這表明氫氣擴(kuò)散得比氧氣快四倍。護(hù)散速度必定決定于分子的運(yùn)動(dòng)速度:質(zhì)量較小和速度較高的分子比之質(zhì)量較大和速度較低的分子應(yīng)有更大的擴(kuò)散速度(參見(jiàn)第10.11節(jié))。請(qǐng)注意氧氣的密度幾乎恰好是氫氣密度的16倍。
氣體物質(zhì)護(hù)散速度不同在實(shí)際工作中應(yīng)用于從重同位素分離輕同位素。美國(guó)田納西州的橡樹(shù)嶺原子能裝置中利用分級(jí)擴(kuò)散法使UF6通過(guò)多孔障壘,從高壓區(qū)擴(kuò)散到低壓區(qū)以氣態(tài)的238/92UF6大規(guī)模分離235/92UF6。據(jù)說(shuō)為了達(dá)到完全分離,一給定體積的UF6必須擴(kuò)散約兩百萬(wàn)次。