遠心分離と拡散は矛盾しませんか？

昔、理科の時間に拡散という現象を習いました。
大きなプールの中に塩化ナトリウムを1g投げ入れるとイオンになりいずれはどの場所でも同じ濃度になるということでした。他にも金コロイドなどでも同じことが起きるとも(だから海水から金を回収できない)。
片方はイオンで片方は粒子ですがどちらも同じような話だったと記憶しています。違っていましたかね？

しかし、遠心分離機の話を聞くと矛盾している気がしています。
例えば、このプールの水を取って遠心分離機に乗せると、淡水、ナトリウム、塩素と分離するのでしょうか？
また、金コロイドなら遠心分離機に掛けると金が沈殿するのでしょうか？

No.1 回答者： Georgia.Rain. 回答日時： 2024/05/04 09:57

溶けている成分は無理ですね。

例えば海水を遠心分離しても水と塩には分離しません。

遠心分離はあくまでも『混ざっているだけ』の状態にのみ有効です。

No.2 回答者： Tacosan 回答日時： 2024/05/04 11:22

遠心分離って端的にいえば「強い重力を作る」のと同じで, 原理的には

遠心分離で食塩水の濃度勾配を作る
ことは可能だし, その先を考えれば塩化ナトリウムを析出させることもできなくはないはず. どのくらいの速度が必要かは知らんけど. ただ, そこから先 (ナトリウムと塩素に分離する) ことはたぶん無理だと思う.

なお金コロイドを遠心分離することはできる.

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2024/05/04 11:39

＞例えば、このプールの水を取って遠心分離機に乗せると、淡水、ナトリウム、塩素と分離するのでしょうか？

しません。
遠心分離するぐらいなら、地球の重力で「上下」に分かれます。

「イオン」はあくまで「電気的に分離」しているだけで、質量は変わりません。
「遠心分離」や「重力分離」（沈降、沈殿）は、あくまで「質量差」（それによる「力」の働き方の違い）によって移動の仕方の違うことを利用するものです。
質量「m」の物体に働く「重力」が「mg」（g は重力加速度）と表されることを思い出してください。
遠心力は、円運動の半径を r、周速度を v とすれば mv^2 /r です。
どちらにも「m」が入ります。

イオンの「原子」が異なれば、その「質量」が異なるので、原理的には「遠心力の違い」を利用した遠心分離が可能です。
ただし、イオンの「その温度での熱運動の速度」に比べて、相当に大きな「遠心力」つまり「周速度」を加える必要があり、コスト的にはかなり難しいです。
たとえば、気体分子の平均熱運動速度は下記のとおりで、空気分子では気温 20℃ で「約 470 m/s」です。
↓
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E9%81%8B …

いくらでもコストをかけてもよいのであれば、核兵器や原発燃料の原料となる「ウラン235」を、99.3％を占める「ウラン238」から分離するのには「遠心分離」が使われます（一般的には「ウラン濃縮」と呼ぶ）。１個の遠心分離機では無理なので、相当な台数の遠心分離機をカスケードに接続した大規模な設備が必要です。
↓
https://www.jnfl.co.jp/ja/business/about/uran/su …

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2024/05/04 14:40

No.3 です。

追加で言っておけば、「拡散」は #2 の「熱運動の速度」によって行われます。
熱運動（「熱」自体がその原子・分子の運動エネルギー）によるランダムな動き、分子・原子同士の衝突によってエネルギーが広がり平衡化して行くのが「拡散」です。

それよりも大きなエネルギーを与えれば、そのエネルギー差で「分離」ができるわけです。その「与えたエネルギー」自体が「拡散」しないように「局所化」することも必要です。

No.5 回答者： kairou 回答日時： 2024/05/04 14:49

＞淡水、ナトリウム、塩素と分離するのでしょうか？

淡水、ナトリウム、塩素が 海水に 溶け込んでいるなら、
遠心分離で 分けることは不可能です。
混ざっているだけなら 理論的には 遠心分離 出来ると思います。
但し どれ程の装置が必要になるかは 想像できません。
従って「金コロイド」の場合も 理論的に可能でも、
採算的に 可能か否かは 別問題です。