그레이엄의 법칙(Graham's law) 또는 그레이엄의 확산 속도 법칙(Graham's law of effusion)은 스코틀랜드의 화학물리학자 토머스 그레이엄(Thomas Graham)이 1831년에 발표한 법칙으로, 기체의 분자량과 기체 분자들의 평균 이동 속도 간의 관계를 설명한다.
이 법칙에 따르면, 일정한 온도와 압력 조건에서 기체의 확산(effusion 또는 diffusion) 속도는 해당 기체 분자량(또는 밀도)의 제곱근에 반비례한다. 즉, 분자량이 작은 기체일수록 더 빠르게 확산하고, 분자량이 큰 기체일수록 더 느리게 확산한다.
수학적으로 다음과 같이 표현된다:
$$ \frac{\text{Rate}_1}{\text{Rate}_2} = \sqrt{\frac{M_2}{M_1}} $$
- Rate₁: 첫 번째 기체의 확산 속도 (단위 시간당 분자의 양 또는 수)
- Rate₂: 두 번째 기체의 확산 속도
- M₁: 첫 번째 기체의 분자량
- M₂: 두 번째 기체의 분자량
이 법칙은 기체 분자 운동론에 기초하고 있으며, 기체의 분자량 차이에 따른 확산 속도 차이를 설명하는 데 사용된다. 예를 들어, 수소(분자량 약 2)는 산소(분자량 약 32)보다 약 4배 빠르게 확산하는데, 이는 두 분자량의 제곱근 비율(√(32/2) = √16 = 4)과 일치한다.
그레이엄의 법칙은 화학 및 물리학에서 기체의 성질을 이해하는 기본 원리로, 기체 분리, 확산 현상 분석 등 다양한 분야에 응용된다.
