Legea lui Graham exprimă relația dintre rata de efuziune sau difuziune a unui gaz și a gazului respectiv Masă molară. Difuzia descrie răspândirea unui gaz pe un volum sau un al doilea gaz, iar efuziunea descrie mișcarea unui gaz printr-un orificiu mic într-o cameră deschisă.
În 1829, chimistul scoțian Thomas Graham a determinat prin experimentare că rata de efuziune a unui gaz este invers proporțională până la rădăcina pătrată a densității particulelor de gaz. În 1848, el a arătat că rata de efuziune a unui gaz este, de asemenea, invers proporțională cu rădăcina pătrată a masei sale molare. Legea lui Graham arată, de asemenea, că energii cinetice ale gazelor sunt egale la aceeași temperatură.
Formula legii a lui Graham
Legea lui Graham precizează că rata de difuzie sau efuziune a unui gaz este invers proporțională cu rădăcina pătrată a masei sale molare. Vedeți această lege în forma ecuației de mai jos.
r ∝ 1 / (M)½
sau
r (M)½ = constantă
În aceste ecuații, r = viteza de difuzie sau de efuziune și M = masa molară.
În general, această lege este utilizată pentru a compara diferența de viteze de difuzie și de efuziune între gaze, adesea notate ca gaz A și gaz B. Presupune că temperatura și presiunea sunt constante și echivalente între cele două gaze. Când legea lui Graham este folosită pentru o astfel de comparație, formula este scrisă după cum urmează:
rGaz A/ rGaz B = (MGaz B)½/(MGaz A)½
Exemple de probleme
O aplicație a legii lui Graham este de a determina cât de rapid va scurge un gaz în raport cu altul și de a cuantifica diferența de viteză. De exemplu, dacă doriți să comparați ratele de efuziune ale hidrogenului (H2) și gaz de oxigen (O2), puteți utiliza masele lor molare (hidrogen = 2 și oxigen = 32) și să le relaționați invers.
Ecuația pentru compararea ratelor de efuziune: rata H2/ rata O2 = 321/2 / 21/2 = 161/2 / 11/2 = 4/1
Această ecuație arată că moleculele de hidrogen se scurg de patru ori mai rapid decât moleculele de oxigen.
Un alt tip de problemă legală a lui Graham te poate solicita să găsești greutatea moleculară a unui gaz dacă știi identitatea acestuia și raportul de efuziune dintre două gaze diferite.
Ecuație pentru găsirea greutății moleculare: M2 = M1Rată12 / Rată22
Îmbogățirea Uraniului
O altă aplicare practică a legii lui Graham este uraniu îmbogăţire. Uraniul natural este format dintr-un amestec de izotopi cu mase ușor diferite. În efuziunea gazoasă, minereul de uraniu este mai întâi transformat în gaz hexafluorură de uraniu, apoi efuzat în mod repetat printr-o substanță poroasă. Prin fiecare revărsat, materialul care trece prin pori devine mai concentrat în U-235 ( izotopul utilizat pentru a genera energie nucleară) deoarece acest izotop difuzează într-un ritm mai rapid decât cel mai greu U-238.