قانون غراهام للتدفق هو مبدأ يصف سلوك الغازات عندما تتسرب من خلال ثقب صغير، يعرف باسم الانصباب. صاغ هذا القانون الكيميائي الاسكتلندي توماس جراهام في عام 1848. يشرح قانون جراهام كيف أن معدل انصباب الغاز يتناسب عكسيا مع الجذر التربيعي لكتلته المولية. وهذا يعني أن الغازات الخفيفة سوف تتدفق بشكل أسرع من الغازات الثقيلة.
الانصباب هو عملية تهرب فيها جزيئات الغاز من الحاوية عبر ثقب صغير إلى الفراغ. لا ينبغي الخلط بين الانصباب والانتشار، وهو انتشار جزيئات الغاز في جميع أنحاء الفضاء حتى يتم توزيعها بشكل موحد. يركز التدفق على حركة الغاز عبر حاجز، بينما يتعامل الانتشار مع انتشار الغاز في منطقة مفتوحة.
يمكن التعبير عن قانون جراهام رياضيا على النحو التالي:
\( \frac{Rate_1}{Rate_2} = \sqrt{\frac{M_2}{M_1}} \)أين:
تشير هذه المعادلة إلى أن معدل تدفق الغاز يتناسب طرديًا مع معكوس الجذر التربيعي لكتلته المولية. ولذلك، فإن الغاز ذو الكتلة المولية المنخفضة سوف يتدفق بسرعة أكبر من الغاز ذو الكتلة المولية الأعلى.
مثال 1: مقارنة الهيدروجين والأكسجين.
خذ بعين الاعتبار غازي الهيدروجين (H 2 ) والأكسجين (O 2 ) . يحتوي الهيدروجين على كتلة مولية تبلغ حوالي 2 جم / مول، بينما تبلغ الكتلة المولية للأكسجين حوالي 32 جم / مول. تطبيق قانون جراهام:
\( \frac{Rate_{H_2}}{Rate_{O_2}} = \sqrt{\frac{32}{2}} = \sqrt{16} = 4 \)وهذا يعني أن غاز الهيدروجين يتدفق أسرع بأربع مرات من غاز الأكسجين.
مثال 2: انتشار رائحة العطر.
عند رش العطر، تنتشر الرائحة بسرعة في جميع أنحاء الغرفة. ويرجع ذلك إلى الكتلة المولية الصغيرة لجزيئات العطر، والتي تسمح لها بالانتشار بسرعة في الهواء، وفقًا لقانون جراهام.
لقانون جراهام العديد من التطبيقات العملية في العمليات العلمية والصناعية:
في حين أن قانون جراهام يوفر رؤى قيمة حول سلوك الغازات، إلا أنه يحتوي على بعض القيود:
على الرغم من أن هذا الدرس لا يتضمن إجراء تجارب، إلا أن فهم كيفية إثبات قانون جراهام أمر مفيد. تتضمن إحدى التجارب البسيطة استخدام بالونين مملوءين بغازات مختلفة، مثل الهيليوم لأحد البالونات وثاني أكسيد الكربون للآخر. ومن خلال ربط هذه البالونات بجهاز ضخ الغاز، يمكن للمرء ملاحظة معدل خروج كل غاز من البالون. يمكن أن يوفر قياس الوقت المستغرق لتفريغ كل بالون عرضًا عمليًا لتطبيق قانون جراهام.
قانون غراهام للتدفق هو مبدأ أساسي في دراسة الغازات. فهو يوفر فهمًا واضحًا لكيفية تدفق الغازات المختلفة من خلال فتحات صغيرة، وله تطبيقات مهمة في مختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا. على الرغم من القيود المفروضة عليه، يظل قانون جراهام أداة أساسية للعلماء والمهندسين الذين يعملون مع الغازات ومخاليط الغاز.
