Formula de difuzie și efuziune a lui Graham

Legea lui Graham exprimă relația dintre rata de efuziune sau difuzarea unui gaz și masa molară a gazului respectiv. Difuzia descrie răspândirea unui gaz pe un volum sau un al doilea gaz și efuziunea descrie mișcarea unui gaz printr-un orificiu mic într-o cameră deschisă.

În 1829, chimistul scoțian Thomas Graham a determinat prin experimentare că rata de efuziune a unui gaz este invers proporțională cu rădăcina pătrată a densității particulelor de gaz. În 1848, el a arătat că rata de efuziune a unui gaz este, de asemenea, invers proporțională cu rădăcina pătrată a masei sale molare. Legea lui Graham arată, de asemenea, că energiile cinetice ale gazelor sunt egale la aceeași temperatură.

Formula legii a lui Graham

Legea lui Graham precizează că rata de difuzie sau revărsare a unui gaz este invers proporțională cu rădăcina pătrată a masei sale molare. Vedeți această lege în forma ecuației de mai jos.

r ∝ 1 / (M)^½

sau

r (M)^½ = constantă

În aceste ecuații, r = viteza de difuzie sau de efuziune și M = masa molară.

În general, această lege este utilizată pentru a compara diferența de viteze de difuzie și de efuziune între gaze, adesea notate ca gaz A și gaz B. Se presupune că temperatura și presiunea sunt constante și echivalente între cele două gaze. Când legea lui Graham este folosită pentru o astfel de comparație, formula este scrisă după cum urmează:

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

Exemple de probleme

O aplicație a legii lui Graham este de a determina cât de rapid va scurge un gaz în raport cu altul și de a cuantifica diferența de viteză. De exemplu, dacă doriți să comparați ratele de efuziune ale hidrogenului (H₂) și gaz de oxigen (O₂), puteți utiliza masele lor molare (hidrogen = 2 și oxigen = 32) și să le relaționați invers.

Ecuația pentru compararea ratelor de efuziune: rata H₂/ rata O₂ = 32^1/2 / 2^1/2 = 16^1/2 / 1^1/2 = 4/1

Această ecuație arată că moleculele de hidrogen se scurg de patru ori mai rapid decât moleculele de oxigen.

Un alt tip de problemă legală a lui Graham te poate solicita să găsești greutatea moleculară a unui gaz dacă știi identitatea acestuia și raportul de efuziune dintre două gaze diferite.

Ecuaţiepentru găsirea greutății moleculare: M₂ = M₁Rată₁² / Rată₂²

Îmbogățirea Uraniului

O altă aplicare practică a legii lui Graham este îmbogățirea cu uraniu. Uraniul natural este format dintr-un amestec de izotopi cu mase ușor diferite. În efuziunea gazoasă, minereul de uraniu este mai întâi transformat în gaz hexafluorură de uraniu, apoi efuzat în mod repetat printr-o substanță poroasă. Prin fiecare revărsat, materialul care trece prin pori devine mai concentrat în U-235 (izotopul folosit pentru a genera energie nucleară), deoarece acest izotop difuzează într-un ritm mai rapid decât cel mai greu U-238.