Ο νόμος της διάχυσης του Graham

Εισαγωγή

Ο Thomas Graham, ένας Σκωτσέζος φυσικοχημικός, πρότεινε τον νόμο της διάχυσης του Graham (επίσης γνωστός ως νόμος διάχυσης του Graham) το 1848. Ο Graham ανακάλυψε ότι ο ρυθμός διάχυσης ενός αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος με την τετραγωνική ρίζα της μοριακής μάζας των σωματιδίων του.

Τι είναι η διάχυση;

Η κίνηση των σωματιδίων από υψηλότερη συγκέντρωση σε χαμηλότερη συγκέντρωση ονομάζεται διάχυση.

Για παράδειγμα, όταν ένας κύβος ζάχαρης πέφτει σε ένα ποτήρι νερό, τα σωματίδια ζάχαρης αναμιγνύονται στο νερό καθώς μετακινούνται από την υψηλότερη συγκέντρωση του κύβου ζάχαρης στη χαμηλότερη συγκέντρωση νερού.

Τι είναι το Efusion;

Η διάχυση είναι η διαδικασία διαφυγής αερίου μέσω μιας πολύ μικρής οπής στο τοίχωμα του δοχείου. Η οπή έχει μικρότερη διάμετρο από τη μέση ελεύθερη διαδρομή των μορίων αερίου. Η διαφορά πίεσης μεταξύ του δοχείου και του περιβάλλοντος περιβάλλοντος προκαλεί τη διαφυγή του αερίου. Ο ρυθμός διάχυσης χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της πυκνότητας, της πίεσης και της θερμοκρασίας των αερίων κατά την εκμάθηση χημείας ή φυσικής.

Νόμος του Graham για τη διάχυση και τη διάχυση

Ο νόμος της διάχυσης του Graham ήταν ένα σημαντικό έργο στη χημεία. Αυτός ο νόμος, γνωστός και ως νόμος της διάχυσης του Graham, ανακαλύφθηκε το 1848 από τον Thomas Graham. Η έρευνά του για τον ρυθμό διάχυσης αποκάλυψε ότι τα βαρύτερα μόρια ταξιδεύουν πιο αργά από τα ελαφρύτερα μόρια. Όταν η θερμοκρασία και η πίεση παραμένουν σταθερές, ο νόμος του Graham για τη διάχυση ή τη διάχυση δηλώνει ότι τα άτομα με υψηλή μοριακή μάζα διαχέονται πιο αργά από τα άτομα με χαμηλή μοριακή μάζα. Δήλωσε επίσης τον ρυθμό διάχυσης ή τον τρόπο διαφυγής των μορίων.

Ισχυρίζεται επίσης ότι ο ρυθμός διάχυσης είναι αντιστρόφως ανάλογος με την τετραγωνική ρίζα της μοριακής μάζας. Ο τύπος του νόμου διάχυσης του Graham προέρχεται από αυτή τη δήλωση. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύγκριση των ρυθμών δύο αερίων σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση. Ας υποθέσουμε ότι τα r1 και r2 είναι οι ρυθμοί διάχυσης δύο αερίων και τα M1 και M2 είναι οι μοριακές μάζες. Ως αποτέλεσμα, ο τύπος μπορεί να γραφτεί ως εξής:

r1/r2 =√M1/M2

Υπολογισμός του ρυθμού διάχυσης

Έστω r1 και r2 οι ρυθμοί διάχυσης δύο αερίων με μοριακές μάζες M1 και M2 και πυκνότητες d1 και d2 σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση.

Ο νόμος του Graham ορίζει ότι

r1/r2 =d2/d1

Ωστόσο, η πυκνότητα ατμών, ή πυκνότητα (d) πυκνότητα ατμών, είναι ανάλογη με την πυκνότητα του αερίου (D). Και πάλι, η μοριακή μάζα ισούται με δύο πυκνότητες ατμών ή M =2D.

Ως αποτέλεσμα,

r1/r2 =M2/M1

Ο ρυθμός διάχυσης ως προς το μοριακό βάρος των αερίων υπολογίζεται χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο.

Υπολογισμός του ρυθμού διάχυσης

Ο όρος «διάχυση» αναφέρεται στην κίνηση αερίων σωματιδίων από ένα μικρό άνοιγμα στο κενό του χώρου ή σε ένα ανοιχτό δοχείο. Αυτός ο χώρος θα μπορούσε να είναι ένα κενό, ένα αέριο ή ακόμα και μια ατμόσφαιρα. Τα μόρια υλικού διαφεύγουν από ένα σφραγισμένο δοχείο μέσω του ανοίγματος σε αυτή τη διαδικασία.

Ο ρυθμός διάχυσης είναι η διαδικασία με την οποία σωματίδια υλικού από έναν κλειστό χώρο διαφεύγουν με την πάροδο του χρόνου. Ας δούμε τον τύπο για τον υπολογισμό του ρυθμού διάχυσης.

Ο ρυθμός διάχυσης ενός αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος με το τετράγωνο της μοριακής του μάζας. Ως εκ τούτου, ο τύπος για το ρυθμό διάχυσης είναι,

r2/r1 =√(M2/M1)

Σημασία του νόμου του Γκράχαμ

Η σημασία του νόμου του Γκράχαμ είναι η εξής: 

• Διευκολύνει τον διαχωρισμό αερίων με ποικίλες πυκνότητες.
• Βοηθά στον διαχωρισμό των ισοτόπων διαφορετικών στοιχείων.
• Η χρήση ρυθμών διάχυσης/διάχυσης μπορεί να βοηθήσει στον προσδιορισμό του μοριακού βάρους ενός άγνωστου αερίου.

Εφαρμογές του νόμου της διάχυσης του Graham

Ο νόμος του Graham μπορεί να εφαρμοστεί στις ακόλουθες περιπτώσεις:

• Ο νόμος του Graham χρησιμοποιείται κυρίως για τον μερικό διαχωρισμό των συστατικών σε ένα μείγμα αερίων.

• Εάν το μείγμα εξαναγκαζόταν να βγει από έναν σωλήνα με πορώδη τοιχώματα, τα ελαφρύτερα συστατικά θα διαχέονταν γρηγορότερα από τα βαρύτερα με την πάροδο του χρόνου.

• Όταν επαναλαμβάνετε τη διαδικασία με κάθε κλάσμα διάχυσης, η συγκέντρωση του ενός συστατικού αυξάνεται δραματικά σε σύγκριση με το άλλο. Αυτό αναφέρεται ως ατμόλυση. Αυτή η μέθοδος έχει συμπυκνώσει αργό συνδυάζοντάς το με άζωτο.

• Η ατμόλυση έχει χρησιμοποιηθεί για τον μερικό διαχωρισμό των ισοτόπων νέον, χλωρίου, βρωμίου, οξυγόνου και άλλων στοιχείων.

• Ο νόμος του Graham χρησιμοποιείται για την ανίχνευση μεθανίου ή αερίου ελών από ανθρακωρυχεία.

Συμπέρασμα

Η τυχαία κίνηση των αέριων σωματιδίων είναι αναπόφευκτη. Επειδή η κινητική ενέργεια υπάρχει στα αέρια σωματίδια, η διάχυση είναι φυσική. Επειδή τα μόρια αερίου έχουν περισσότερη κινητική ενέργεια σε υψηλότερες θερμοκρασίες, η διάχυση γίνεται πιο γρήγορα. Η ροή των σωματιδίων αερίου μέσα από μια μικρή τρύπα ονομάζεται διάχυση. Σύμφωνα με το νόμο του Graham, ο ρυθμός διάχυσης ενός αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος με την τετραγωνική ρίζα της μάζας των σωματιδίων του. Ο νόμος του Graham είναι μια πολύ πρακτική έννοια που εφαρμόζεται σε διάφορους κλάδους. Είναι επίσης ένα πολύ σημαντικό θέμα και πρέπει να μελετηθεί διεξοδικά για να επιτύχετε τις επερχόμενες εξετάσεις σας.