Grahamova formula za difuzijo in izliv

Grahamov zakon izraža razmerje med stopnjo izliv ali difuzija plina in tega plina molarna masa. Difuzija opisuje širjenje plina po prostornini ali drugem plinu, izliv pa opisuje gibanje plina skozi drobne luknje v odprto komoro.

Leta 1829 je škotski kemik Thomas Graham z eksperimentiranjem določil, da je hitrost izliva plina obratno sorazmeren do kvadratnega korena gostote delcev plina. Leta 1848 je pokazal, da je hitrost izliva plina tudi obratno sorazmerna s kvadratnim korenom njegove molarne mase. Grahamov zakon tudi kaže, da je kinetične energije plinov sta enaka pri isti temperaturi.

Grahamov zakon pravi, da je stopnja difuzija ali izliv plina je obratno sorazmerno s kvadratnim korenom njegove molarne mase. Glej ta zakon v enačbeni obliki spodaj.

r ∝ 1 / (M)^½

ali

r (M)^½ = konstanta

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

Ta zakon se na splošno uporablja za primerjavo razlike v stopnjah difuzije in izliva med plini, ki se pogosto označujeta kot plin A in plin B. Predvideva, da sta temperatura in tlak stalna in enakovredna med obema plinama. Ko se za takšno primerjavo uporablja Grahamov zakon, je formula zapisana na naslednji način:

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

Ena uporaba Grahamovega zakona je določiti, kako hitro bo plin izstopal v primerjavi z drugim, in količinsko določiti razliko v hitrosti. Na primer, če želite primerjati hitrosti izlivanja vodika (H₂) in kisika (O)₂), lahko uporabite njihove molarne mase (vodik = 2 in kisik = 32) in jih obrnete v obratni smeri.

Enačba za primerjavo hitrosti izliva: stopnja H₂/ stopnja O₂ = 32^1/2 / 2^1/2 = 16^1/2 / 1^1/2 = 4/1

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

Druga vrsta Grahamove pravne težave vas lahko vpraša, da boste našli molekularno težo plina, če veste njegovo identiteto in izlivno razmerje med dvema različnima plinovima.

Enačba za iskanje molekulske mase: M₂ = M₁Oceniti₁² / Oceniti₂²

Druga praktična uporaba Grahamovega zakona je uran obogatitev. Naravni uran je sestavljen iz mešanice izotopov z nekoliko drugačnimi masami. Pri plinovitem izlivu uranovo rudo najprej predelajo v plin uranovega heksafluorida, nato pa se večkrat izloči skozi porozno snov. Z vsakim izlivom material, ki gre skozi pore, postane bolj koncentriran v U-235 (the izotop, ki se uporablja za pridobivanje jedrske energije), ker ta izotop razprši hitreje kot težji U-238.