Graham képlete a diffúzióhoz és az effúzióhoz

Graham törvénye kifejezi a kiömlés vagy diffúzió egy gáz és az a gáz moláris tömeg. A diffúzió egy gáz eloszlását írja le egy térfogatban vagy egy második gázban, az effúzió pedig egy gáz egy apró lyukon keresztül egy nyitott kamrába történő mozgását írja le.

1829-ben Thomas Graham skót kémikus kísérlettel megállapította, hogy a gáz kiürülési sebessége megegyezik fordítottan arányos a gáz részecske sűrűségének négyzetgyökére. 1848-ban megmutatta, hogy a gáz kiürülésének sebessége fordítottan arányos a moláris tömeg négyzetgyökével. Graham törvénye azt is mutatja, hogy a a gázok kinetikus energiái azonos hőmérsékleten azonosak.

Graham törvénye szerint a diffúzió vagy effúzió egy gáz fordítottan arányos moláris tömegének négyzetgyökével. Lásd ezt a törvényt az alábbi egyenlet formájában.

r ∝ 1 / (M)^½

vagy

r (M)^½ = állandó

Ezekben az egyenletekben r = diffúzió vagy kiürülés sebessége és M = moláris tömeg.

Ezt a törvényt általában arra használják, hogy összehasonlítsák a gázok diffúziós és kiürülési sebessége közötti különbségeket, gyakran gáz A és B gázzal. Feltételezi, hogy a hőmérséklet és a nyomás állandó és egyenértékű a két gáz között. Ha egy ilyen összehasonlításhoz Grahami törvényt alkalmazunk, a képletet a következőképpen kell írni:

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

Graham törvényének egyik alkalmazása az, hogy meghatározza, hogy a gáz milyen gyorsan folyik ki a másikhoz képest, és számszerűsítse a különbséget. Például, ha összehasonlítani szeretné a hidrogén (H₂) és oxigéngáz (O₂) felhasználhatja a móltömegüket (hidrogén = 2 és az oxigén = 32), és fordítva kapcsolhatja őket.

Egyenlet az effúziós sebesség összehasonlításához: arány H₂/ O arány₂ = 32^1/2 / 2^1/2 = 16^1/2 / 1^1/2 = 4/1

Ez az egyenlet azt mutatja, hogy a hidrogénmolekulák négyszer gyorsabban távoznak, mint az oxigénmolekulák.

Egy másik típusú Graham-törvényi probléma felkérheti Önt, hogy keresse meg a gáz molekulatömegét, ha ismeri annak identitását és két különböző gáz közötti kiürülési arányt.

Egyenlet a molekulatömeg meghatározására: M₂ = M₁Mérték₁² / Mérték₂²

Graham törvényének egy másik gyakorlati alkalmazása uránium gazdagodás. A természetes urán kissé eltérő tömegű izotópok keverékéből áll. Gáznemű effúzióval az uránércből először urán-hexafluorid gázzá alakulnak, majd egy porózus anyagon keresztül többször kiürítik. Az egyes effúziók révén a pórusokon áthaladó anyag koncentrálódik az U-235-ben (a nukleáris energia előállításához használt izotóp), mert ez az izotóp gyorsabban diffundál, mint a nehezebb U-238.