Graham's formule van diffusie en effusie

De wet van Graham drukt het verband uit tussen de snelheid van effusie of diffusie van een gas en de molaire massa van dat gas. Diffusie beschrijft de verspreiding van een gas door een volume of tweede gas en effusie beschrijft de beweging van een gas door een klein gat in een open kamer.

In 1829 stelde de Schotse chemicus Thomas Graham door experimenten vast dat de effusiesnelheid van een gas omgekeerd evenredig is met de vierkantswortel van de dichtheid van het gasdeeltje. In 1848 toonde hij aan dat de snelheid van uitstroming van een gas ook omgekeerd evenredig is met de vierkantswortel van zijn molaire massa. De wet van Graham laat ook zien dat de kinetische energieën van gassen bij dezelfde temperatuur gelijk zijn.

Graham's Law Formula

De wet van Graham stelt dat de snelheid van diffusie of effusie van een gas omgekeerd evenredig is met de vierkantswortel van zijn molaire massa. Zie deze wet in vergelijkingsvorm hieronder.

r ∝ 1 / (M)^½

of

r (M)^½ = constant

In deze vergelijkingen, r = snelheid van diffusie of effusie en M = molaire massa.

In het algemeen wordt deze wet gebruikt om het verschil in diffusie- en effusiesnelheden tussen gassen te vergelijken, vaak aangeduid als Gas A en Gas B. Het veronderstelt dat temperatuur en druk constant en equivalent zijn tussen de twee gassen. Wanneer de wet van Graham wordt gebruikt voor een dergelijke vergelijking, is de formule als volgt geschreven:

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

Voorbeeldproblemen

Een toepassing van de wet van Graham is om te bepalen hoe snel een gas zal uitstromen ten opzichte van een ander en het verschil in snelheid te kwantificeren. Als u bijvoorbeeld de effusiesnelheden van waterstof wilt vergelijken (H₂) en zuurstofgas (O₂), kunt u hun molaire massa (waterstof = 2 en zuurstof = 32) gebruiken en ze omgekeerd relateren.

Vergelijking voor het vergelijken van effusiesnelheden: tarief H₂/ tarief O₂ = 32^1/2 / 2^1/2 = 16^1/2 / 1^1/2 = 4/1

Deze vergelijking laat zien dat waterstofmoleculen vier keer sneller uitvloeien dan zuurstofmoleculen.

Een ander type Graham's wetprobleem kan u vragen om het molecuulgewicht van een gas te vinden als u de identiteit en de effusieverhouding tussen twee verschillende gassen kent.

Vergelijkingvoor het vinden van molecuulgewicht: M₂ = M₁tarief₁² / Tarief₂²

Uraniumverrijking

Een andere praktische toepassing van de wet van Graham is uraniumverrijking. Natuurlijk uranium bestaat uit een mengsel van isotopen met enigszins verschillende massa's. Bij gasvormige effusie wordt uraniumerts eerst omgezet in uraniumhexafluoridegas en vervolgens herhaaldelijk geëfuseerd door een poreuze stof. Door elke effusie wordt het materiaal dat door de poriën gaat meer geconcentreerd in U-235 (de isotoop die wordt gebruikt om kernenergie te genereren) omdat deze isotoop sneller diffundeert dan de zwaardere U-238.