Back to the topics list

prawo grahama

Prawo wypływu Grahama

Prawo wysięku Grahama to zasada opisująca zachowanie gazów podczas ucieczki przez mały otwór, zwany wysiękiem. Prawo to zostało sformułowane przez szkockiego chemika Thomasa Grahama w 1848 roku. Prawo Grahama wyjaśnia, w jaki sposób szybkość wysięku gazu jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego jego masy molowej. Oznacza to, że lżejsze gazy będą wydzielać się szybciej niż cięższe gazy.

Zrozumienie wylewu

Wysięk to proces, w którym cząsteczki gazu wydostają się z pojemnika przez mały otwór do próżni. Wysięku nie należy mylić z dyfuzją, czyli rozprzestrzenianiem się cząsteczek gazu w przestrzeni, aż do ich równomiernego rozmieszczenia. Efuzja koncentruje się na ruchu gazu przez barierę, podczas gdy dyfuzja dotyczy rozprzestrzeniania się gazu na otwartej przestrzeni.

Oświadczenie o prawie Grahama

Prawo Grahama można matematycznie wyrazić jako:

Gdzie:

• Szybkość_1 i Szybkość_2 to odpowiednio szybkości wysięku gazu 1 i gazu 2.
• M_1 i M_2 to masy molowe odpowiednio gazu 1 i gazu 2.

Z równania tego wynika, że ​​szybkość wydzielania się gazu jest wprost proporcjonalna do odwrotności pierwiastka kwadratowego jego masy molowej. Dlatego gaz o mniejszej masie molowej będzie wydzielał się szybciej niż gaz o większej masie molowej.

Przykłady prawa Grahama

Przykład 1: Porównanie wodoru i tlenu.

Weźmy pod uwagę gazy wodór (H ₂ ) i tlen (O ₂ ). Wodór ma masę molową około 2 g/mol, a tlen ma masę molową około 32 g/mol. Stosowanie prawa Grahama:

Oznacza to, że wodór wydziela się cztery razy szybciej niż gazowy tlen.

Przykład 2: Rozprzestrzenianie się zapachu perfum.

Kiedy spryskasz perfumy, zapach szybko rozprzestrzeni się po całym pomieszczeniu. Dzieje się tak dzięki małej masie molowej cząsteczek perfum, która pozwala im szybko wydostać się w powietrze, zgodnie z prawem Grahama.

Zastosowania prawa Grahama

Prawo Grahama ma kilka praktycznych zastosowań w procesach naukowych i przemysłowych:

• Separacja gazów: Prawo Grahama można zastosować do oddzielenia gazów o różnych masach molowych, umożliwiając im przenikanie przez porowatą membranę z różną szybkością.
• Wykrywanie nieszczelności: Wykrywanie nieszczelności w układach próżniowych można przeprowadzić poprzez obserwację szybkości wysięku gazu, takiego jak hel, który znany jest z dużej szybkości wysięku ze względu na niską masę molową.
• Chemia analityczna: W spektrometrii mas prawo Grahama jest wykorzystywane do oddzielania jonów na podstawie ich stosunku masy do ładunku, pośrednio stosując zasadę, że lżejsze cząstki poruszają się szybciej.

Ograniczenia prawa Grahama

Chociaż prawo Grahama dostarcza cennych informacji na temat zachowania gazów, ma pewne ograniczenia:

• Prawo Grahama zakłada, że ​​cząsteczki gazu nie oddziałują ze sobą, co nie zawsze jest prawdą w rzeczywistych sytuacjach.
• Prawo to jest najdokładniejsze w przypadku gazów pod niskim ciśnieniem, gdzie interakcje między cząsteczkami gazu są minimalne.
• Przy wysokich ciśnieniach lub w przypadku mieszanin gazowych mogą wystąpić odchylenia od prawa Grahama ze względu na złożoność interakcji gazowych.

Eksperymentalna demonstracja prawa Grahama

Chociaż ta lekcja nie obejmuje przeprowadzania eksperymentów, przydatne będzie zrozumienie, w jaki sposób można wykazać prawo Grahama. Jeden prosty eksperyment polega na użyciu dwóch balonów wypełnionych różnymi gazami, na przykład helem w przypadku jednego i dwutlenkiem węgla w drugim. Mocując te balony do aparatu do wytrysku gazu, można obserwować szybkość, z jaką każdy gaz ucieka z balonu. Pomiar czasu potrzebnego na opróżnienie każdego balonu może zapewnić praktyczną demonstrację działania prawa Grahama.

Wniosek

Prawo efuzji Grahama jest podstawową zasadą w badaniu gazów. Zapewnia jasne zrozumienie tego, jak różne gazy wydostają się przez małe otwory i ma ważne zastosowania w różnych dziedzinach nauki i technologii. Pomimo swoich ograniczeń prawo Grahama pozostaje niezbędnym narzędziem dla naukowców i inżynierów pracujących z gazami i mieszaninami gazów.