格雷姆定律

格雷姆定律 (Graham’s law )
臺北市立第一女子高級中學二年級鄭竹容/臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

氣體粒子在空間中不斷的運動，使得各種氣體粒子可以經由不斷的碰撞而混合均勻，此現象稱為氣體的擴散 (diffusion)。蘇格蘭的物理化學家格雷姆針對氣體擴散的研究，在1833年先提出了非常有名的擴散定律 (law of diffusion)。後來格雷姆又設計實驗測量氣體的逸散 (effusion)性質，即研究氣體在一定的時間內通過小孔出去的速率與氣體分子量的關係，到了1846年又提出逸散定律 (law of effusion)。

格雷姆的實驗結果顯示，在同溫、同壓下，氣體的擴散速率與氣體逸散速率皆與氣體之分子量的平方根成反比，因此氣體擴散定律與氣體逸散定律常被合稱為格雷姆定律 (Graham’s law )。

格雷姆定律的公式可表示如下：在同溫、同壓下

這裡：

R1是氣體1的擴散速率
R2是氣體2的擴散速率
M1是氣體1的分子量
M2是氣體2的分子量

因此，若一個氣體的分子量是另一氣體的十六之一倍，則它在容器中從孔栓擴散或從針孔般大的洞逃脫時，速率乃是另一氣體的四倍。
例如H₂氣體擴散速率為O₂氣體的4倍。另外，也可利用格雷姆定律來找出氣體分子量近似值，由上述公式可進而導出公式如下：

格雷姆定律完整的解釋理論在數年之後由氣體動力理論提出，也為藉由擴散來分離同位素奠下基礎──這個步驟在核子彈的製作當中扮演非常重要的角色。科學家利用氣體擴散的性質將自然界中鈾礦同位素²³⁵U從 ²³⁸U分離出來。從鈾礦中提煉出來的鈾先被轉換成UF₆氣體，再不斷地迫使氣體擴散通過多孔濾網，每次就都會使少量的²³⁵U同位素濃度變得更高，累積多次擴散之後，就得到核分裂反應所需的²³⁵U同位素濃度。

參考資料

http://en.wikipedia.org/wiki/Graham%27s_law