Grahami difusiooni ja efusiooni valem

Grahami seadus väljendab suhet efusioon või difusioon gaasi ja selle gaasi kohta molaarmass. Difusioon kirjeldab gaasi levikut ruumalas või teises gaasis ja efusioon kirjeldab gaasi liikumist läbi pisikese augu avatud kambrisse.

1829. aastal leidis Šoti keemik Thomas Graham katsete abil, et gaasi emissiooni kiirus on pöördvõrdeline gaasiosakeste tiheduse ruutjuureni. Aastal 1848 näitas ta, et gaasi emissiooni kiirus on samuti pöördvõrdeline selle molaarmassi ruutjuurega. Grahami seadus näitab ka, et gaaside kineetilised energiad on samal temperatuuril võrdsed.

Grahami seaduses öeldakse, et määr difusioon või efusioon gaasi mass on pöördvõrdeline selle molaarmassi ruutjuurega. Vaadake seda seadust võrrandi kujul allpool.

r ∝ 1 / (M)^½

või

r (M)^½ = konstantne

Nendes võrrandites r = difusiooni või efusiooni kiirus ja M = molaarmass.

Üldiselt kasutatakse seda seadust gaaside, mida sageli tähistatakse kui gaasi A ja gaasi, difusiooni ja efusiooni kiiruste erinevuse võrdlemiseks. See eeldab, et temperatuur ja rõhk on kahe gaasi vahel püsivad ja samaväärsed. Kui selliseks võrdluseks kasutatakse Grahami seadust, kirjutatakse valem järgmiselt:

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

Grahami seaduse üks rakendus on kindlaks teha, kui kiiresti gaas välja voolab teise suhtes, ja kvantifitseerida määra erinevus. Näiteks kui soovite võrrelda vesiniku (H₂) ja hapniku gaas (O₂), saate kasutada nende molaarmassi (vesinik = 2 ja hapnik = 32) ja siduda need vastupidiselt.

Võrrand efusioonikiiruste võrdlemiseks: määra H₂/ määra O₂ = 32^1/2 / 2^1/2 = 16^1/2 / 1^1/2 = 4/1

See võrrand näitab, et vesiniku molekulid väljuvad neli korda kiiremini kui hapniku molekulid.

Teist tüüpi Grahami seadusega seotud probleem võib paluda teil leida gaasi molekulmass, kui teate selle identiteeti ja kahe erineva gaasi emissioonisuhet.

Võrrand molekulmassi leidmiseks: M₂ = M₁Hinda₁² / Hinda₂²

Grahami seaduse veel üks praktiline rakendamine on uraan rikastamine. Looduslik uraan koosneb veidi erineva massiga isotoopide segust. Gaasilises efusioonis valmistatakse uraanimaagist kõigepealt uraanheksafluoriidi gaas, seejärel eraldatakse see korduvalt läbi poorse aine. Iga efusiooni kaudu kontsentreerub poore läbiv materjal kontsentreeritumalt U-235 ( tuumaenergia tootmiseks kasutatav isotoop), kuna see isotoop hajub kiiremini kui raskem U-238.