Formuła dyfuzji i efuzji Grahama

Tomasza Grahama. Wikipedia/domena publiczna

Prawo Grahama wyraża związek między szybkością wylanie lub dyfuzja gazu i tego gazu masa cząsteczkowa . Dyfuzja opisuje rozprzestrzenianie się gazu w objętości lub drugim gazie, a wypływ opisuje ruch gazu przez maleńki otwór do otwartej komory.

W 1829 roku szkocki chemik Thomas Graham ustalił eksperymentalnie, że szybkość efuzji gazu wynosi odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z gęstości cząsteczki gazu. W 1848 roku wykazał, że szybkość efuzji gazu jest również odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego jego masy molowej. Prawo Grahama pokazuje również, że energie kinetyczne gazów są równe w tej samej temperaturze.

Formuła prawa Grahama

Prawo Grahama stanowi, że stopa dyfuzja lub wysięk gazu jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego jego masy molowej. Zobacz to prawo w postaci równania poniżej.

r 1/(M)^½

lub

r(M)^½= stała

W tych równaniach r = szybkość dyfuzji lub wysięku i M = masa molowa.

Ogólnie rzecz biorąc, to prawo służy do porównywania różnicy w szybkości dyfuzji i efuzji między gazami, często oznaczanymi jako Gaz A i Gaz B. Zakłada ono, że temperatura i ciśnienie są stałe i równoważne między tymi dwoma gazami. Kiedy do takiego porównania stosuje się prawo Grahama, formuła jest napisana w następujący sposób:

r_Gaza/r_{Gaz B}= (M_{Gaz B})^½/(M_Gaza)^½

Przykładowe problemy

Jednym z zastosowań prawa Grahama jest określenie, jak szybko gaz będzie emanował w stosunku do innego i ilościowe określenie różnicy w szybkości. Na przykład, jeśli chcesz porównać szybkości efuzji wodoru (H_dwa) i gazowy tlen (O_dwa), możesz użyć ich mas molowych (wodór = 2 i tlen = 32) i powiązać je odwrotnie.

Równanie do porównywania szybkości wysięku: stawka H_dwa/ocena O_dwa= 32^1/2/ dwa^1/2= 16^1/2/ 1^1/2= 4/1

To równanie pokazuje, że cząsteczki wodoru wylewają się cztery razy szybciej niż cząsteczki tlenu.

Inny rodzaj problemu z prawem Grahama może wymagać określenia masy cząsteczkowej gazu, jeśli znasz jego tożsamość i współczynnik efuzji między dwoma różnymi gazami.

Równanie do znajdowania masy cząsteczkowej: M_dwa= M₁Wskaźnik₁^dwa/ Wskaźnik_dwa^dwa

Wzbogacanie uranu

Innym praktycznym zastosowaniem prawa Grahama jest: uran wzbogacenie. Naturalny uran składa się z mieszaniny izotopów o nieco różnych masach. W przypadku efuzji gazowej, ruda uranu jest najpierw przekształcana w sześciofluorek uranu, a następnie wielokrotnie przepuszczana przez porowatą substancję. Podczas każdej efuzji materiał przechodzący przez pory jest bardziej skoncentrowany w U-235 (izotopie używanym do generowania energii jądrowej), ponieważ ten izotop dyfunduje szybciej niż cięższy U-238.