Grahamova formula za difuziju i istjecanje

Grahamov zakon izražava odnos između stope od izlijevanje ili difuzija plina i tog plina molekulska masa. Difuzija opisuje širenje plina kroz volumen ili drugi plin, a izljev opisuje kretanje plina kroz sićušnu rupu u otvorenu komoru.

1829. škotski kemičar Thomas Graham eksperimentom je utvrdio da je brzina izliva plina obrnuto proporcionalan do četvrtastog korijena gustoće plinskih čestica. 1848. pokazao je da je brzina izlivanja plina također obrnuto proporcionalna kvadratnom korijenu njegove molarne mase. Grahamov zakon pokazuje i da kinetičke energije plinova jednaki su pri istoj temperaturi.

Grahamov zakon kaže da je stopa od difuzija ili izljev plina je obrnuto proporcionalno kvadratnom korijenu njegove molarne mase. Pogledajte ovaj zakon u obliku jednadžbe u nastavku.

r ∝ 1 / (M)^½

ili

r (M)^½ = konstanta

U tim jednadžbama, r = brzina difuzije ili izliva i M = molarna masa.

Općenito, ovaj se zakon koristi za usporedbu razlike u brzini difuzije i izlivanja između plinova, često označenih kao plin A i plin B. Pretpostavlja se da su temperatura i tlak konstantni i jednaki između dva plina. Kad se za takvu usporedbu koristi Grahamov zakon, formula se piše ovako:

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

Jedna primjena Grahamovog zakona je utvrditi koliko brzo će plin ispasti u odnosu na drugi i kvantificirati razliku u brzini. Na primjer, ako želite usporediti stopu ispuštanja vodika (H₂) i kisika (O)₂), možete koristiti njihove molarne mase (vodik = 2 i kisik = 32) i odnositi ih obrnuto.

Jednadžba za usporedbu brzina izlivanja: stopa H₂/ stopa O₂ = 32^1/2 / 2^1/2 = 16^1/2 / 1^1/2 = 4/1

Ova jednadžba pokazuje da molekule vodika ispuštaju četiri puta brže od molekula kisika.

Druga vrsta Grahamovih problema može vas zatražiti da pronađete molekularnu težinu plina ako znate njegov identitet i omjer izlivanja između dva različita plina.

Jednadžba za pronalaženje molekulske težine: M₂ = M₁Stopa₁² / Ocijeni₂²

Još jedna praktična primjena Grahamovog zakona je uranijum obogaćenje. Prirodni uran sastoji se od mješavine izotopa s nešto drugačijom masom. U plinovitom izlivu, uranova ruda prvo se pretvara u plin uranij-heksafluorida, a potom više puta izlučuje kroz poroznu tvar. Kroz svaki izliv, materijal koji prolazi kroz pore postaje koncentriraniji u U-235 (the izotop koji se koristi za proizvodnju nuklearne energije) jer se taj izotop raspršuje bržim od težeg U-238.