การแพร่ของแก๊ส และกฎการแพร่ผ่านของเกรแฮม

การแพร่ของแก๊ส เนื่องจาก โมเลกุลของแก๊สมีพลังงานจลน์อยู่ในตัวเอง มีการเคลื่อนที่อย่างเป็นอิสระในทิศทางต่างๆ เมื่อโมเลกุลของแก๊สชนกัน หรือชนกับผนังภาชนะจะถ่ายเทพลังงานให้แก่กัน ทำให้โมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่ได้อย่างต่อเนื่อง

เราเรียก การเคลื่อนที่ของโมเลกุลของแก๊สผ่านตัวกลางจากที่หนึ่งไปสู่อีกที่หนึ่ง ว่า “การแพร่” โดยโมเลกุลของแก๊ส จะเคลื่อนที่ หรือ แพร่จากที่ที่มีความเข้มข้นของโมเลกุลของแก๊สมากกว่า ไปสู่ที่ที่มีความเข้มข้นของโมเลกุลของแก๊สที่น้อยกว่า และการแพร่จะหยุดลงเมื่อความเข้มข้นของโมเลกุลของแก๊สเท่ากัน

การแพร่เกิดได้กับสสารทุกสถานะ เช่น

การละลายของด่างทับทิมในน้ำ
การละลายของน้ำหมึกในน้ำ

การแพร่จะเกิดจนมองเห็นของผสมนั้นเป็นเนื้อเดียวกัน กระบวนการแพร่ของแก๊สเกิดได้ง่ายและใช้เวลาน้อยที่สุด เมื่อเปรียบเทียบกับการแพร่ของของเหลว และของแข็ง

ทอมัส เกรแฮม พบว่า ที่สภาวะความดันและอุณหภูมิเดียวกัน อัตราการแพร่ของแก๊สจะเป็นสัดส่วนผกผันกับรากที่สองของมวลโมเลกุลของแก๊สนั้น

$Rate subscript 1 over Rate subscript 2 space equals square root of M subscript 2 over M subscript 1 end root$

อัตราการแพร่ผ่านของแก๊ส

เป็นการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของแก๊สภายใต้ความดันค่าหนึ่ง เคลื่อนที่ออกจากภาชนะบรรจุผ่านรูเล็กๆ ที่มีขนาดที่ยอมให้ทีละโมเลกุลแก๊สผ่านได้เท่านั้น เพื่อไปยังอีกภาชนะหนึ่งที่เป็นสุญญากาศ ดังรูป

โดยพบว่าที่สภาวะความดันและอุณหภูมิเดียวกันอัตราการแพร่ผ่านของแก๊สเป็นสัดส่วนผกผันกับรากที่สองของความหนาแน่นของแก๊ส หรือเป็นสัดส่วนผกผันกับรากที่สองของมวลโมเลกุลแก๊ส เช่นเดียวกับอัตราการแพร่ของแก๊ส หมายความว่า แก๊สที่มีมวลโมเลกุลน้อยสามารถแพร่ผ่านได้เร็วกว่าแก๊สที่มีมวลโมเลกุลมาก

ตัวอย่าง

ตัวอย่าง1 จงเปรียบเทียบอัตราการแพร่ผ่านของแก๊สแอมโมเนีย (NH₃) กับแก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน

วิธีทำ จากกฎการแพร่ผ่านของ เกรแฮม

Rate subscript 1 over Rate subscript 2 space equals square root of M subscript 2 over M subscript 1 end root

แทนค่า $Rate subscript N H subscript 3 end subscript over Rate subscript HCl space equals space square root of fraction numerator 36.5 over denominator 17 end fraction end root space equals space 1.47$

แก๊สแอมโมเนียจะแพร่ผ่านได้เร็วเป็น 1.47 เท่าของแก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์

ตัวอย่าง2 ถ้าแก๊สแอมโมเนียมีอัตราการแพร่ผ่าน 8.0x10^-6 โมลต่อชั่วโมง จงคำนวณหาว่าแก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์ปริมาณเท่ากันจะต้องใช้เวลาในการแพร่ผ่านกี่ชั่วโมง ถ้าทำการทดลองที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน

วิธีทำ 1 จากการคำนวณในตัวอย่างที่ผ่านมา ทราบว่าแก๊สแอมโมเนียจะแพร่ผ่านได้เร็วเป็น 1.47 เท่าของแก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์

ดังนั้น อัตราการแพร่ผ่านของแก๊ส

HCl = $fraction numerator อ ั ตราการเพร ่ ผ ่ านของแก ๊ ส space N H subscript 3 over denominator 1.47 end fraction space equals fraction numerator 8.0 cross times 10 to the power of negative sign 6 end exponent over denominator 1.47 end fraction$

อัตราการแพร่ผ่านของ HCl เป็น 5.44x10^-6 โมลต่อชั่วโมง

เพราะฉะนั้น แก๊ส HCl ปริมาณ 8.0x10^-6 โมล จะต้องใช้เวลา

= $fraction numerator 8.0 cross times 10 to the power of negative sign 6 end exponent over denominator 5.44 cross times 10 to the power of negative sign 6 end exponent end fraction$ = 1.47 ชั่วโมง

วิธีทำ 2 จากกฎการแพร่ผ่านของเกรแฮม และความสัมพันธ์ที่ว่าเมื่ออัตราเร็วมาก จะใช้เวลาน้อย

เพราะฉะนั้น แก๊ส HCl ปริมาณ 8.0X10^-6 โมล จะต้องใช้เวลา

= $fraction numerator 8.0 x 10 to the power of negative sign 6 end exponent over denominator 5.44 x 10 to the power of negative sign 6 end exponent end fraction$ = 1.47 ชั่วโมง

การแพร่ของแก๊สตามทฤษฎีจลน์ของแก๊ส และกฎการแพร่ผ่านของเกรแฮม

แบบฝึกหัด

การแพร่ของแก๊สตามทฤษฎีจลน์ของแก๊ส และกฎการแพร่ผ่านของเกรแฮม

การแพร่ของแก๊สตามทฤษฎีจลน์ของแก๊ส และกฎการแพร่ผ่านของเกรแฮม

การแพร่ของแก๊สตามทฤษฎีจลน์ของแก๊ส และกฎการแพร่ผ่านของเกรแฮม

เนื้อหา

การแพร่ของแก๊ส และกฎการแพร่ผ่านของเกรแฮม

อัตราการแพร่ผ่านของแก๊ส

ตัวอย่าง

บทเรียน

ติดต่อเรา

ติดตามเรา

เราในสื่ออื่นๆ