Prawo Grahama wyraża związek między stopą wylanie lub dyfuzja gazu i tego gazu masa cząsteczkowa. Dyfuzja opisuje rozprzestrzenianie się gazu w objętości lub drugim gazie, a wyciek opisuje ruch gazu przez mały otwór do otwartej komory.
W 1829 roku szkocki chemik Thomas Graham ustalił eksperymentalnie, że szybkość wysięku gazu jest wysoka odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z gęstości cząsteczki gazu. W 1848 r. Wykazał, że szybkość wypływu 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 wskaźnik dyfuzja lub wysięk gazu jest odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego jego masy molowej. Zobacz to prawo w formie równania poniżej.
r ∝ 1 / (M)½
lub
r (M)½ = stała
W tych równaniach r = szybkość dyfuzji lub wysięku i M. = masa molowa
Zasadniczo prawo to służy do porównania różnicy w szybkościach dyfuzji i wysięku między gazami, często oznaczanej jako Gaz A i Gaz B. Zakłada się, że temperatura i ciśnienie są stałe i równoważne między dwoma gazami. Gdy do takiego porównania stosuje się prawo Grahama, formuła jest zapisana w następujący sposób:
rGaz A./ rGaz B = (MGaz B)½/(MGaz A.)½
Przykładowe problemy
Jednym zastosowaniem prawa Grahama jest ustalenie, jak szybko gaz wypłynie w stosunku do drugiego i oszacowanie różnicy w szybkości. Na przykład, jeśli chcesz porównać szybkość wypływu wodoru (H2) i gazowy tlen (O2), możesz użyć ich mas molowych (wodór = 2 i tlen = 32) i powiązać je odwrotnie.
Równanie do porównania szybkości wysięku: oceń H2/ oceń O2 = 321/2 / 21/2 = 161/2 / 11/2 = 4/1
To równanie pokazuje, że cząsteczki wodoru wypływają cztery razy szybciej niż cząsteczki tlenu.
Inny rodzaj problemu prawa Grahama może wymagać od ciebie znalezienia masy cząsteczkowej gazu, jeśli znasz jego tożsamość i stosunek wysięku między dwoma różnymi gazami.
Równanie dla znalezienia masy cząsteczkowej: M.2 = M.1Oceniać12 / Oceń22
Wzbogacanie uranu
Innym praktycznym zastosowaniem prawa Grahama jest uran wzbogacenie. Naturalny uran składa się z mieszaniny izotopów o nieco innych masach. Podczas wypływu gazu ruda uranu jest najpierw przekształcana w heksafluorek uranu, a następnie kilkakrotnie wydalana przez porowatą substancję. Po każdym wyschnięciu materiał przechodzący przez pory staje się bardziej skoncentrowany w U-235 ( izotop wykorzystywany do generowania energii jądrowej), ponieważ ten izotop dyfunduje w tempie szybszym niż cięższy U-238.