氣體與分子運動論

擴散與逸散

打開一罐咖啡,香味便漸漸瀰漫滿廚房;那種緩慢的交融就是擴散——一種氣體自發地混入另一種氣體,純由分子的隨機運動所驅動。逸散是它的近親:氣體通過一個微小針孔逃逸進真空,分子一個接一個地溜出去。

兩者都取決於分子運動有多快,而在給定溫度下,較輕的分子運動得更快。於是輕氣體的擴散與逸散都比重氣體更迅速。格雷姆定律把逸散這一點說得很精確:逸散速率與分子質量的平方根成反比,所以一種輕四倍的氣體,逸散速度是它的兩倍。

擴散之慢與分子之疾,這兩者的反差本身就發人深省。香味要花上幾分鐘才穿過一間靜止的房間,而非分子原始速率所暗示的一剎那,正是因為每個分子一路上都被無數次碰撞撞離了航向。與此同時,逸散對質量的依賴,歷史上曾被用來分離同位素——最著名的便是早期原子計劃中鈾的同位素。

在一根長管的一端放出氨氣、另一端放出氯化氫,它們相遇並在靠近氯化氫那一端形成一圈白環,因為較輕的氨分子擴散得更快——這是格雷姆定律的生動演示。

較輕的氣體擴散得更快,於是白環偏離正中形成。

逸散(通過單個微孔進入真空)與擴散(穿過另一種氣體而混合)相關卻有別。格雷姆定律乾淨地適用於逸散;真實的擴散更為複雜,因為分子必須在一群其他分子中擠著前行。

又稱
Graham's law格雷姆定律格雷姆定律擴散與逸散