Πώς σχετίζεται ο ρυθμός έκχυσης του αερίου με τη μοριακή μάζα;

Ο ρυθμός συλλογής ενός αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος προς την τετραγωνική ρίζα της μοριακής μάζας . Αυτό σημαίνει ότι τα ελαφρύτερα αέρια αποβάλλουν ταχύτερα από τα βαρύτερα αέρια.

Αυτή η σχέση είναι γνωστή ως του νόμου συλλογής του Graham :

`` `

RATE₁ / RAME₂ =√ (m₂ / m₁)

`` `

Οπου:

* RAME₁ είναι ο ρυθμός έκχυσης του αερίου 1

* RAME₂ είναι ο ρυθμός έκχυσης του αερίου 2

* m₁ είναι η μοριακή μάζα του αερίου 1

* m₂ είναι η μοριακή μάζα του αερίου 2

Επεξήγηση:

Ο ρυθμός συλλογής καθορίζεται από τη μέση ταχύτητα των μορίων αερίου. Τα ελαφρύτερα μόρια κινούνται ταχύτερα από τα βαρύτερα μόρια στην ίδια θερμοκρασία. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η κινητική ενέργεια ενός μορίου αερίου είναι ανάλογη της θερμοκρασίας και της μάζας του.

Ως εκ τούτου, τα ελαφρύτερα μόρια έχουν υψηλότερη μέση ταχύτητα και επομένως αποβάλλουν ταχύτερα μέσα από ένα μικρό άνοιγμα.

Παράδειγμα:

Εξετάστε το ήλιο (HE) και το οξυγόνο (O₂). Το ήλιο έχει μοριακή μάζα 4 g/mol, ενώ το οξυγόνο έχει μοριακή μάζα 32 g/mol.

Σύμφωνα με τον νόμο του Γκράχαμ:

`` `

Βαθμολογία (He) / RATE (o₂) =√ (32/4) =√8 ≈ 2.83

`` `

Αυτό σημαίνει ότι το ήλιο εξαλείφει περίπου 2,83 φορές ταχύτερα από το οξυγόνο.

Εφαρμογές:

Ο νόμος του Graham έχει αρκετές εφαρμογές στη χημεία και τη φυσική, όπως:

* Διαχωριστικά αέρια: Τα αέρια με διαφορετικές μοριακές μάζες μπορούν να διαχωριστούν επιτρέποντάς τους να εξαλείψουν μέσω πορώδους μεμβράνης.

* Προσδιορισμός μοριακής μάζας: Η μοριακή μάζα ενός άγνωστου αερίου μπορεί να προσδιοριστεί συγκρίνοντας τον ρυθμό έκχυσης με εκείνη ενός γνωστού αερίου.

* Κατανόηση διάχυσης αερίου: Η έννοια του ρυθμού συλλογής σχετίζεται επίσης με τη διάχυση των αερίων, η οποία είναι η κίνηση των μορίων αερίου από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης.