기체 확산에 대한 '그레이엄의 법칙'이란?

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기체 확산에 대한 그레이엄(Graham)의 법칙

 

  

기체는 한 자리에 있지 않고 사방으로 퍼져나간다. 이것을 확산(diffusion 또는 effusion)이라 한다. 병 속에 담긴 향수의 냄새가 온 방으로 퍼지는 것은 기체의 입자가 퍼져나가는 확산 성질 때문이다. 기체는 밀도가 작을수록(수소는 밀도가 가장 작은 물질) 빨리 확산되는 성질을 나타낸다.

 

스코틀랜드의 화학자이며 물리학자인 토머스 그레이엄(Thomas Graham 1805-1869)은 기체의 확산 속도를 조사하여, 오늘날 ‘그레이엄의 법칙’(Graham's Law of Diffusion)으로 알려진 기체의 성질 한 가지를 1831년에 발견했다.

 

“ 일정한 온도와 압력 조건에서 두 기체의 확산 속도 비는 그들의 밀도의 제곱근에 반비례한다.”

 

예를 들면, 수소는 산소보다 4배 빨리 확산된다. 만일 수소(분자량 2)와 산소(분자량 32)의 확산 속도를 비교한다면,

 

수소의 확산 속도 : 산소의 확산 속도 = √32 : √2 = √16 : √1 = 4 : 1

 

그레이엄은 반투성막에서 나타나는 투석(透析 dialysis)의 원리를 처음 발견하기도 했다. 반투성막은 어떤 물질은 통과시키지만 다른 물질은 통과시키지 않는 여과(濾過) 성질을 가겼다. 그레이엄은 소의 방광을 반투성막(투석막)으로 이용하여 오줌 속에서 요소(尿素 urea)만 여과해내는데 성공했다. 그레이엄은 오늘날 ‘콜로이드 화학의 아버지’라 불리기도 한다. 콜로이드란 일종의 혼합물이다. 담배연기는 탄소 입자와 공기 분자가 혼합된 콜로이드의 하나이다.

 

병원에서는 신장(腎臟)의 질병으로 혈액 중에서 오줌 성분을 잘 걸러내지 못하는 환자에 대해, 투석막을 이용하여 인공적으로 혈액을 정화시키는 방법을 사용한다. 이를 ‘투석 치료’라 한다.

 

 

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