Back to the topics list

grahamov zakon

Grahamov zakon efuzije

Grahamov zakon efuzije je princip koji opisuje ponašanje plinova kada izlaze kroz sićušnu rupu, poznatu kao efuzija. Ovaj je zakon formulirao škotski kemičar Thomas Graham 1848. Grahamov zakon objašnjava kako je brzina efuzije plina obrnuto proporcionalna kvadratnom korijenu njegove molarne mase. To znači da će lakši plinovi istjecati brže od težih plinova.

Razumijevanje izljeva

Efuzija je proces u kojem molekule plina izlaze iz spremnika kroz malu rupu u vakuum. Efuziju ne treba brkati s difuzijom, što je širenje molekula plina kroz prostor dok se ne ravnomjerno rasporede. Efuzija se fokusira na kretanje plina kroz barijeru, dok se difuzija bavi širenjem plina na otvorenom prostoru.

Izjava o Grahamovom zakonu

Grahamov zakon može se matematički izraziti kao:

Gdje:

• Rate_1 i Rate_2 su brzine efuzije plina 1, odnosno plina 2.
• M_1 i M_2 su molarne mase plina 1, odnosno plina 2.

Ova jednadžba implicira da je brzina istjecanja plina izravno proporcionalna obrnuto kvadratnom korijenu njegove molarne mase. Stoga će plin s nižom molarnom masom efuzirati brže od plina s većom molarnom masom.

Primjeri Grahamova zakona

Primjer 1: Usporedba vodika i kisika.

Razmotrimo plinove vodik (H ₂ ) i kisik (O ₂ ). Vodik ima molarnu masu od približno 2 g/mol, a kisik ima molarnu masu od približno 32 g/mol. Primjena Grahamovog zakona:

To znači da plinoviti vodik izlazi četiri puta brže od plinovitog kisika.

Primjer 2: Širenje mirisa parfema.

Kada raspršite parfem, miris se brzo širi prostorijom. To je zbog male molarne mase molekula parfema, što im omogućuje da brzo izluče u zrak, slijedeći Grahamov zakon.

Primjene Grahamova zakona

Grahamov zakon ima nekoliko praktičnih primjena u znanstvenim i industrijskim procesima:

• Razdvajanje plinova: Grahamov zakon se može koristiti za odvajanje plinova različitih molarnih masa dopuštajući im da efundiraju kroz poroznu membranu različitim brzinama.
• Detekcija curenja: Detekcija curenja u vakuumskim sustavima može se obaviti promatranjem brzine efuzije plina, kao što je helij, koji je poznat po visokoj stopi efuzije zbog svoje niske molarne mase.
• Analitička kemija: u masenoj spektrometriji, Grahamov zakon se koristi za odvajanje iona na temelju njihovog omjera mase i naboja, neizravno primjenjujući načelo da se lakše čestice kreću brže.

Ograničenja Grahamova zakona

Iako Grahamov zakon pruža dragocjene uvide u ponašanje plinova, on ima neka ograničenja:

• Grahamov zakon pretpostavlja da molekule plina ne djeluju jedna na drugu, što nije uvijek točno u stvarnim situacijama.
• Zakon je najtočniji za plinove pod niskim tlakom, gdje su interakcije između molekula plina minimalne.
• Pri visokim tlakovima ili u slučaju plinskih smjesa može doći do odstupanja od Grahamova zakona zbog složenosti međudjelovanja plinova.

Eksperimentalna demonstracija Grahamova zakona

Iako ova lekcija ne uključuje provođenje eksperimenata, korisno je razumjeti kako se Grahamov zakon može pokazati. Jedan jednostavan eksperiment uključuje korištenje dvaju balona ispunjenih različitim plinovima, kao što je helij za jedan i ugljični dioksid za drugi. Pričvršćivanjem ovih balona na aparat za izljev plina, može se promatrati brzina kojom svaki plin izlazi iz balona. Mjerenje vremena potrebnog za ispuhavanje svakog balona može pružiti praktičnu demonstraciju Grahamova zakona na djelu.

Zaključak

Grahamov zakon efuzije je temeljni princip u proučavanju plinova. Omogućuje jasno razumijevanje načina na koji različiti plinovi izlaze kroz male otvore i ima važne primjene u raznim područjima znanosti i tehnologije. Unatoč svojim ograničenjima, Grahamov zakon ostaje bitan alat za znanstvenike i inženjere koji rade s plinovima i plinskim smjesama.