Формулата на Греъм за дифузия и излив

Закон на Греъм изразява връзката между скоростта на изливане или дифузия на газ и този газ моларна маса. Дифузията описва разпространението на газ през обем или втори газ, а изливането описва движението на газ през малка дупка в отворена камера.

През 1829 г. шотландският химик Томас Греъм определя чрез експерименти, че е скоростта на излив на газ обратно пропорционална до квадратния корен на плътността на газовите частици. През 1848 г. той показва, че скоростта на изливане на газ също е обратно пропорционална на квадратния корен от моларната му маса. Законът на Греъм показва също, че кинетични енергии на газовете са равни при една и съща температура.

Законът на Греъм гласи, че процентът на дифузия или излив на газ е обратно пропорционален на квадратния корен от моларната му маса. Вижте този закон във формата на уравнение по-долу.

r ∝ 1 / (M)^½

или

r (M)^½ = константа

В тези уравнения, R = скорост на дифузия или излив и М = моларна маса.

Обикновено този закон се използва за сравняване на разликата в скоростите на дифузия и излив между газове, често обозначавани като газ А и газ Б. Предполага се, че температурата и налягането са постоянни и еквивалентни между двата газа. Когато законът на Греъм се използва за такова сравнение, формулата се записва по следния начин:

R_{Газ A}/ г_{Газ Б} = (M_{Газ Б})^½/(M_{Газ A})^½

Едно приложение на закона на Греъм е да се определи колко бързо ще изтича газ в сравнение с друг и количествено да се определи разликата в скоростта. Например, ако искате да сравните скоростта на изхвърляне на водород (H₂) и кислороден газ (О₂), можете да използвате техните молни маси (водород = 2 и кислород = 32) и да ги свържете обратно.

Уравнение за сравняване на скоростта на изтичане: процент H₂/ процент О₂ = 32^1/2 / 2^1/2 = 16^1/2 / 1^1/2 = 4/1

Това уравнение показва, че молекулите на водорода изхвърлят четири пъти по-бързо от молекулите на кислорода.

Друг вид проблем със закона на Греъм може да ви помоли да намерите молекулното тегло на газ, ако знаете неговата идентичност и съотношението на изхвърляне между два различни газове.

Уравнение за намиране на молекулно тегло: М₂ = M₁скорост₁² / Оцени₂²

Друго практическо приложение на закона на Греъм е уран обогатяване. Естественият уран се състои от смес от изотопи с малко по-различни маси. При газов излив урановата руда първо се превръща в газ на уран хексафлуорид, след което многократно се изхвърля чрез поресто вещество. Чрез всеки излив материалът, преминаващ през порите, става по-концентриран в U-235 (the изотоп, използван за генериране на ядрена енергия), защото този изотоп се дифундира с по-бърза скорост от по-тежката U-238.