Grahamo difuzijos ir efuzijos formulė

Tomas Greimas. Vikipedija / Viešasis domenas

Greimo dėsnis išreiškia ryšį tarp normos išsiliejimas arba difuzija dujų ir tų dujų molinė masė . Difuzija apibūdina dujų pasklidimą per visą tūrį arba antrąją dują, o efuzija apibūdina dujų judėjimą per mažą skylę į atvirą kamerą.

1829 m. škotų chemikas Thomas Graham eksperimentuodamas nustatė, kad dujų išsiskyrimo greitis yra atvirkščiai proporcingas į dujų dalelių tankio kvadratinę šaknį. 1848 m. jis parodė, kad dujų išsiliejimo greitis taip pat yra atvirkščiai proporcingas jų molinės masės kvadratinei šaknis. Greimo dėsnis taip pat rodo, kad dujų kinetinės energijos yra vienodos toje pačioje temperatūroje.

Greimo dėsnio formulė

Greimo dėsnis teigia, kad norma difuzija arba efuzija dujų masė yra atvirkščiai proporcinga jų molinės masės kvadratinei šaknis. Žiūrėkite šį dėsnį žemiau esančioje lygties formoje.

r ∝ 1/(M)^½

arba

r(M)^½= pastovus

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

Paprastai šis dėsnis naudojamas palyginti difuzijos ir efuzijos greičio skirtumus tarp dujų, dažnai žymimų kaip dujos A ir dujos B. Jame daroma prielaida, kad temperatūra ir slėgis yra pastovūs ir lygiaverčiai tarp dviejų dujų. Kai tokiam palyginimui naudojamas Greimo dėsnis, formulė rašoma taip:

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

Problemų pavyzdys

Vienas iš Greimo dėsnio taikymo būdų yra nustatyti, kaip greitai dujos išsiskirs kitų atžvilgiu, ir kiekybiškai įvertinti greičio skirtumą. Pavyzdžiui, jei norite palyginti vandenilio efuzijos greitį (H_du) ir deguonies dujos (O_du), galite naudoti jų molines mases (vandenilis = 2 ir deguonis = 32) ir susieti jas atvirkščiai.

Efuzijos greičio palyginimo lygtis: įvertinimas H_du/ įvertinimas O_du= 32^1/2/ du^1/2= 16^1/2/ 1^1/2= 4/1

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

Kito tipo Grahamo dėsnio problema gali paprašyti rasti dujų molekulinę masę, jei žinote jų tapatybę ir dviejų skirtingų dujų efuzijos santykį.

Lygtis Norėdami sužinoti molekulinę masę: M_du= M₁Įvertink₁^du/ Įvertinkite_du^du

Urano sodrinimas

Kitas praktinis Greimo dėsnio pritaikymas yra uranas praturtinimas. Gamtinis uranas susideda iš šiek tiek skirtingos masės izotopų mišinio. Dujinės efuzijos metu urano rūda pirmiausia paverčiama urano heksafluorido dujomis, tada pakartotinai išleidžiama per porėtą medžiagą. Per kiekvieną efuziją medžiaga, einanti per poras, labiau koncentruojasi U-235 (izotopas, naudojamas branduolinei energijai gaminti), nes šis izotopas difunduoja greičiau nei sunkesnis U-238.