صيغة جراهام للانتشار والتدفق

قانون جراهام يعبر عن العلاقة بين معدل التدفق أو تعريف من الغاز وهذا الغاز الكتلة المولية. يصف الانتشار انتشار الغاز عبر حجم أو غاز ثان ويصف الانصباب حركة الغاز من خلال ثقب صغير إلى غرفة مفتوحة.

في عام 1829 ، حدد الكيميائي الاسكتلندي توماس جراهام من خلال التجربة أن معدل تدفق الغاز هو يتناسب عكسيا إلى الجذر التربيعي لكثافة جزيء الغاز. في عام 1848 ، أظهر أن معدل انسياب الغاز يتناسب عكسيًا أيضًا مع الجذر التربيعي للكتلة المولية. قانون جراهام يظهر أيضا أن الطاقات الحركية للغازات متساويان في نفس درجة الحرارة.

ينص قانون جراهام على أن معدل الانتشار أو الانصباب من الغاز يتناسب عكسيا مع الجذر التربيعي للكتلة المولية. انظر هذا القانون في شكل معادلة أدناه.

ص ∝ 1 / (م)^½

أو

ص (م)^½ = ثابت

في هذه المعادلات ، ص = معدل الانتشار أو الانصباب م = الكتلة المولية.

بشكل عام ، يُستخدم هذا القانون لمقارنة الاختلاف في معدلات الانتشار والانصباب بين الغازات ، والتي غالبًا ما يشار إليها باسم الغاز أ والغاز ب. يفترض أن درجة الحرارة والضغط ثابتة وتعادل بين الغازين. عندما يتم استخدام قانون جراهام لمثل هذه المقارنة ، تتم كتابة الصيغة على النحو التالي:

ص_{الغاز أ}/ ص_{الغاز ب} = (م_{الغاز ب})^½/(M_{الغاز أ})^½

أحد تطبيقات قانون جراهام هو تحديد مدى سرعة تدفق الغاز فيما يتعلق بآخر وتحديد الفرق في المعدل. على سبيل المثال ، إذا كنت تريد مقارنة معدلات انسياب الهيدروجين (H₂) وغاز الأكسجين (O₂) ، يمكنك استخدام كتلها المولية (الهيدروجين = 2 والأكسجين = 32) وربطها عكسياً.

معادلة لمقارنة معدلات الانصباب: معدل ح₂/ معدل O₂ = 32^1/2 / 2^1/2 = 16^1/2 / 1^1/2 = 4/1

تظهر هذه المعادلة أن جزيئات الهيدروجين تتدفق أسرع أربع مرات من جزيئات الأكسجين.

قد يطلب منك نوع آخر من مشكلة قانون جراهام معرفة الوزن الجزيئي للغاز إذا كنت تعرف هويته ونسبة الانصهار بين غازين مختلفين.

معادلة لإيجاد الوزن الجزيئي: م₂ = م₁معدل₁² / معدل₂²

تطبيق عملي آخر لقانون غراهام هو اليورانيوم تخصيب. يتكون اليورانيوم الطبيعي من خليط من النظائر ذات الكتل المختلفة قليلاً. في الانصباب الغازي ، يتم تحويل خام اليورانيوم أولاً إلى غاز سادس فلوريد اليورانيوم ، ثم يتم تفريغه بشكل متكرر من خلال مادة مسامية. من خلال كل انصباب ، تصبح المادة التي تمر عبر المسام أكثر تركيزًا في U-235 ( يستخدم النظائر لتوليد الطاقة النووية) لأن هذا النظائر ينتشر بمعدل أسرع من أثقل يو -238.