Grahamova formula difuzije in izliva

Thomas Graham. Wikipedia/javna domena

Grahamov zakon izraža razmerje med stopnjo izliv oz difuzijo plina in tega plina molska masa . Difuzija opisuje širjenje plina po prostornini ali drugem plinu, izliv pa opisuje gibanje plina skozi majhno luknjo v odprto komoro.

Leta 1829 je škotski kemik Thomas Graham s poskusi ugotovil, da je hitrost izliva plina obratno sorazmeren na kvadratni koren gostote delcev plina. Leta 1848 je pokazal, da je hitrost izliva plina tudi obratno sorazmerna s kvadratnim korenom njegove molske mase. Grahamov zakon tudi kaže, da kinetične energije plinov sta enaki pri isti temperaturi.

Formula Grahamovega zakona

Grahamov zakon pravi, da je stopnja difuzijo ali izliv plina je obratno sorazmeren s kvadratnim korenom njegove molske mase. Oglejte si ta zakon v obliki enačbe spodaj.

r ∝ 1/(M)^½

oz

r(M)^½= konstantna

V teh enačbah r = hitrost difuzije ali izliva in M = molska masa.

Na splošno se ta zakon uporablja za primerjavo razlike v stopnjah difuzije in izliva med plini, ki so pogosto označeni kot plin A in plin B. Predpostavlja, da sta temperatura in tlak konstantna in enakovredna med obema plinoma. Ko se za takšno primerjavo uporabi Grahamov zakon, se formula zapiše takole:

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

Primeri težav

Ena od aplikacij Grahamovega zakona je določiti, kako hitro bo plin iztekel glede na drugega, in kvantificirati razliko v hitrosti. Na primer, če želite primerjati hitrosti izliva vodika (H_dva) in kisik (O_dva), lahko uporabite njihove molske mase (vodik = 2 in kisik = 32) in jih povežete obratno.

Enačba za primerjavo hitrosti izliva: oceni H_dva/stopnja O_dva= 32^1/2/ dva^1/2= 16^1/2/ 1^1/2= 4/1

Ta enačba kaže, da molekule vodika iztekajo štirikrat hitreje kot molekule kisika.

Druga vrsta problema Grahamovega zakona vas lahko zahteva, da ugotovite molekulsko maso plina, če poznate njegovo identiteto in razmerje izliva med dvema različnima plinoma.

Enačba za iskanje molekulske mase: M_dva= M₁Oceniti₁^dva/ Oceniti_dva^dva

Bogatenje urana

Druga praktična uporaba Grahamovega zakona je uran obogatitev. Naravni uran je sestavljen iz mešanice izotopov z nekoliko različnimi masami. Pri plinastem izlivu se uranova ruda najprej pretvori v plin uranov heksafluorid, nato pa se večkrat izliva skozi porozno snov. Z vsakim izlivom se snov, ki gre skozi pore, bolj koncentrira v U-235 (izotop, ki se uporablja za pridobivanje jedrske energije), ker ta izotop difundira hitreje kot težji U-238.