Γιατί οι ενώσεις των χαμηλότερων μοριακών μάζων διαχέονται ταχύτερα;
1. Κινητική ενέργεια και ταχύτητα:
* Υψηλότερη μέση κινητική ενέργεια: Τα μόρια με χαμηλότερες μοριακές μάζες έχουν υψηλότερες μέσες κινητικές ενέργειες σε δεδομένη θερμοκρασία. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η κινητική ενέργεια είναι άμεσα ανάλογη με τη θερμοκρασία και αντιστρόφως ανάλογη με τη μάζα.
* Υψηλότερη μέση ταχύτητα: Η υψηλότερη κινητική ενέργεια μεταφράζεται σε υψηλότερη μέση ταχύτητα των μορίων. Αυτό σημαίνει ότι κινούνται ταχύτερα και συγκρούονται με άλλα μόρια συχνότερα.
2. Μέση δωρεάν διαδρομή:
* Λιγότερο συχνές συγκρούσεις: Τα ελαφρύτερα μόρια βιώνουν λιγότερες συγκρούσεις με άλλα μόρια λόγω του μικρότερου μεγέθους και της ταχύτερης κίνησης τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια μεγαλύτερη μέση ελεύθερη διαδρομή - η μέση απόσταση που ένα μόριο ταξιδεύει μεταξύ των συγκρούσεων.
3. Ο νόμος διάχυσης του Graham:
* Αντίστροφη σχέση: Ο νόμος του Graham δηλώνει ότι ο ρυθμός διάχυσης ενός αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος προς την τετραγωνική ρίζα της μοριακής μάζας του. Αυτό σημαίνει ότι τα αέρια με χαμηλότερες μοριακές μάζες διαχέονται ταχύτερα από τα αέρια με υψηλότερες μοριακές μάζες.
Παράδειγμα:
Φανταστείτε δύο αέρια, ήλιο (HE) και οξυγόνο (O2), στην ίδια θερμοκρασία. Το ήλιο έχει πολύ χαμηλότερη μοριακή μάζα από το οξυγόνο. Τα μόρια του ήλιου θα κινηθούν ταχύτερα και θα έχουν μια μεγαλύτερη μέση ελεύθερη διαδρομή, με αποτέλεσμα ταχύτερη διάχυση.
Συνοπτικά: Οι ενώσεις με χαμηλότερες μοριακές μάζες διαχέονται γρηγορότερα επειδή διαθέτουν υψηλότερη κινητική ενέργεια, κινούνται ταχύτερα, βιώνουν λιγότερες συγκρούσεις και έχουν μεγαλύτερη μέση ελεύθερη διαδρομή. Αυτό είναι συνέπεια της αντίστροφης σχέσης μεταξύ της μοριακής μάζας και του ρυθμού διάχυσης, όπως περιγράφεται από τον νόμο του Graham.
