הנוסחה של גרהאם להתפזרות ואפוזיציה

החוק של גראהם מבטא את הקשר בין שיעור של שפיכה או ריכוך של גז וזה של גז מסה מולארית. דיפוזיה מתארת ​​את התפשטות הגז לאורך נפח או גז שני ושפכים מתארים את תנועת הגז דרך חור זעיר לתא פתוח.

בשנת 1829, הכימאי הסקוטי תומאס גרהאם קבע באמצעות ניסויים שקצב הפליטה של ​​הגז הוא ביחס הפוך לשורש הריבועי של צפיפות חלקיק הגז. בשנת 1848 הוא הראה כי קצב שפכי הגז הוא ביחס הפוך לשורש הריבועי של המסה הטוחנית שלו. החוק של גראהם מראה גם כי אנרגיות קינטיות של גזים שווים באותה טמפרטורה.

החוק של גראהם קובע כי שיעור ה- דיפוזיה או שפכים של גז הוא ביחס הפוך לשורש הריבועי של המסה הטוחנית שלו. ראו חוק זה בצורה משוואה להלן.

r ∝ 1 / (M)^½

או

r (M)^½ = קבוע

במשוואות אלה, r = קצב הדיפוזיה או העיכול M = מסה טוחנת.

באופן כללי, חוק זה משמש להשוואה בין ההבדל בשיעורי ההפצה והשפכים בין גזים, המכונים לעתים קרובות גז A וגז B. ההנחה היא שהטמפרטורה והלחץ הם קבועים ושווים בין שני הגזים. כאשר משתמשים בחוק של גראהם לצורך השוואה כזו, הנוסחה נכתבת כך:

r_{גז א}/ r_{גז ב} = (ז_{גז ב})^½/(M_{גז א})^½

יישום אחד של החוק של גראהם הוא לקבוע כמה מהר ייפלט גז ביחס למשנהו ולכמת את ההבדל בשיעור. לדוגמה, אם ברצונך להשוות את שיעורי ההשפעה של מימן (H

משוואה להשוואת שיעורי אפוזיות: דרג ח₂/ דרג O₂ = 32^1/2 / 2^1/2 = 16^1/2 / 1^1/2 = 4/1

משוואה זו מראה שמולקולות מימן מתמוגגות מהר פי ארבע ממולקולות חמצן.

סוג אחר של בעיית החוק של גראהם עשוי לבקש מכם למצוא את המשקל המולקולרי של גז אם אתם יודעים את זהותו ויחס האפוזיה בין שני גזים שונים.

משוואה למציאת משקל מולקולרי: M₂ = מ₁ציון₁² / ציון₂²

יישום מעשי נוסף של החוק של גראהם הוא אורניום העשרה. אורניום טבעי מורכב מתערובת של איזוטופים עם מסות שונות במקצת. בהשפעת גזים נוצר תחילה עפרות אורניום לגז הקספלואוריד אורניום, ואז מועבר שוב ושוב דרך חומר נקבובי. דרך כל ספיגה, החומר העובר דרך הנקבוביות מתרכז יותר ב- U-235 (ה- איזוטופ המשמש לייצור אנרגיה גרעינית) מכיוון שאיזוטופ זה מתפזר בקצב מהיר יותר מהכבד יותר U-238.