Grahamo difuzijos ir išpūtimo formulė

Grahamo įstatymas išreiškia santykį tarp normos efuzija arba difuzija dujų ir tų dujų molinė masė. Difuzija apibūdina dujų pasklidimą per tūrį ar antrąsias dujas, o efuzija apibūdina dujų judėjimą per mažą skylę į atvirą kamerą.

1829 m. Škotų chemikas Tomas Grahamas eksperimento būdu nustatė, kad dujų išsiskyrimo greitis yra lygus atvirkščiai proporcingas iki dujų dalelių tankio kvadratinės šaknies. 1848 m. Jis parodė, kad dujų išsiskyrimo greitis taip pat yra atvirkščiai proporcingas jų molinės masės kvadratinei šakniai. Grahamo įstatymas taip pat rodo, kad dujų kinetinė energija yra vienodi toje pačioje temperatūroje.

Grahamo įstatymas teigia, kad norma difuzija arba efuzija dujų yra atvirkščiai proporcinga jų molinės masės kvadratinei šakniai. Peržiūrėkite šį dėsnį lygčių pavidalu žemiau.

r ∝ 1 / (M)^½

arba

r (M)^½ = pastovus

Šiose lygtyse r = difuzijos ar efuzijos greitis ir M = molinė masė.

Paprastai šis dėsnis naudojamas norint palyginti dujų difuzijos ir efuzijos greičių skirtumus, dažnai žymimus kaip Dujos A ir Dujos. Daroma prielaida, kad temperatūra ir slėgis yra pastovūs ir lygiaverčiai tarp dviejų dujų. Kai tokiam palyginimui naudojamas Grahamo įstatymas, formulė yra tokia:

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

Vienas iš Grahamo dėsnių taikymo yra nustatyti, kaip greitai dujos ištekės, palyginti su kitu, ir apskaičiuoti normos skirtumą. Pavyzdžiui, jei norite palyginti vandenilio (H₂) ir deguonies dujos (O₂), galite naudoti jų molines mases (vandenilis = 2 ir deguonis = 32) ir susieti jas atvirkščiai.

Efuzijos greičių palyginimo lygtis: Įvertinkite H₂/ įvertinkite O₂ = 32^1/2 / 2^1/2 = 16^1/2 / 1^1/2 = 4/1

Ši lygtis parodo, kad vandenilio molekulės išsiskiria keturis kartus greičiau nei deguonies molekulės.

Kitas Grahamo įstatymo problemos tipas gali paprašyti jus surasti dujų molekulinę masę, jei žinote jų tapatumą ir dviejų skirtingų dujų išsiskyrimo santykį.

Molekulinio svorio radimo lygtis: M₂ = M₁Įvertink₁² / Įvertink₂²

Kitas praktinis Grahamo įstatymo pritaikymas yra uranas praturtėjimas. Natūralųjį uraną sudaro šiek tiek skirtingos masės izotopų mišinys. Dujinis išpylimas urano rūda pirmiausia paverčiamas urano heksafluorido dujomis, po to pakartotinai išpilamas per porėtą medžiagą. Per kiekvieną efuziją medžiaga, einanti per poras, tampa labiau koncentruota U-235 ( izotopas, naudojamas branduolinei energijai gaminti), nes šis izotopas sklinda greičiau nei sunkesnis U-238.