Graham törvénye

A törvény Graham tette a kémikus Thomas Graham , aki bizonyította 1833-ban, hogy az arány a folyadékgyülem vagy diffúziós egy gáz fordítottan arányos a négyzetgyökének molekulatömegű . Ez a képlet leírható:

${\ displaystyle {{\ mbox {Speed}} _ {1} \ over {\ mbox {Speed}} _ {2}} = {\ sqrt {M_ {2} \ over M_ {1}}}}$ ahol M 1 és M 2 a megfelelő gázok moláris tömege.

Ha például az egyik gáz moláris tömege négyszerese a másikénak, akkor az első gáz egy porózus betéten keresztül diffundál (vagy egy kis nyíláson keresztül távozik, amelyet tűszemnek hívnak) a második gáz sebességének felével . Graham törvényének teljes magyarázata a gázok kinetikai elméletétől függ . Ez a törvény módszert biztosít az izotópok diffúzióval történő elválasztására - olyan módszer, amely döntő szerepet játszott az atombomba kifejlesztésében.

Ez a törvény különösen pontos a molekuláris effúzió esetében , amely magában foglalja egyetlen gáz molekuláinak mozgását egy lyukon keresztül. Csak hozzávetőleges az egyik gáz diffúziójára a másikban vagy a levegőben, ami több gáz mozgását jelenti egyszerre.

Példa

Tekintsünk egy gáz 1, a hidrogén (H 2 ), melynek móltömege egyenlő 2 g .mol -1 és a gáz 2, dioxigén (O 2 ) egy moláris tömege megfelel 32 g .mol -1 :

${\ displaystyle {\ frac {Sebesség \; H_ {2}} {Sebesség \; O_ {2}}} = {\ sqrt {\ frac {32} {2}}} = {\ sqrt {\ frac {16} {1}}} = 4}$ van ${\ displaystyle Speed \; H_ {2} = 4 \ -szeres sebesség \; O_ {2}}$

akkor a dihidrogén molekulái négyszer gyorsabban diffundálnak, mint a dioxogéné.

Történelem

Graham gázdiffúzióval kapcsolatos kutatásait Johann Wolfgang Döbereiner német kémikus indította el , aki megfigyelte, hogy a hidrogéngáz gyorsabban távozik egy üvegpalack repedéséből, mint ahova a kinti levegő jött be. Graham mért gipszpárnákon, nagyon vékony csöveken és kis lyukakon keresztüli diffúzió sebességét. Lassítja a folyamatot, hogy kvantitatív vizsgálatokat végezhessen. 1831-ben a törvényt a mai formájában fejezte ki. Ezután tanulmányozza az anyagok oldatban való diffúzióját, és felfedezi, hogy egyes látszólagos oldatok valójában olyan részecskék szuszpenziói, amelyek túl nagyok ahhoz, hogy áthaladjanak egy pergamenszűrőn. Ezeket az anyagokat kolloidoknak nevezi, ez a kifejezés a finom eloszlású anyagok fontos osztályát jellemzi.

Graham munkájának idején a moláris tömeg fogalma kialakult, főleg a gázok mérésével. Amedeo Avogadro olasz fizikus 1811-ben azt javasolta, hogy a különböző gázok azonos térfogata ugyanannyi molekulát tartalmazzon. Következésképpen két gáz moláris tömegének aránya megegyezik ugyanazon gáz azonos térfogatú tömegének arányával. Avogadro megállapítása, valamint a gázok viselkedését vizsgáló egyéb tanulmányok alapot szolgáltattak James Clerk Maxwell skót fizikus későbbi munkájához, aki elmagyarázta a gázok tulajdonságait, feltételezve, hogy azok kis részecskék halmazai, amelyek összeérnek. Szinte üresen mozognak. tér.

A gázok kinetikai elméletének egyik legnagyobb eredménye az a felfedezés, hogy az abszolút Kelvin- skálán mért hőmérséklet egyenesen arányos a molekulák átlagos kinetikus energiájával . Bármely tárgy mozgási energiája a tömegének a fele és a sebesség négyzetének szorosa. Ha két molekula kinetikus energiája azonos, sebességüknek fordított arányban kell állnia tömegük négyzetgyökével. Az effúzió sebessége a lyukba belépő molekulák áramlási sebességétől és ezért az átlagos molekulatömegtől függ. Graham törvénye annak a következménye, hogy az átlagos kinetikus energiák megegyeznek ugyanazzal a hőmérséklettel.

Az első atombomba gyártására irányuló manhattani projekt során Graham törvénye alapozta meg a 235 U és 238 U izotópok elválasztását a szurokércből kinyert urántól . Az Egyesült Államok kormánya Tennessee-ben műsorszolgáltatót épített 100 millió dolláros költséggel. Ebben az üzemben az uránt először urán-hexafluorid- gázzá alakítják át . Ez a gáz számos porózus gáton keresztül diffundálódik. Minden diffúzióval dúsul a könnyebb 235 U izotóppal .

Megjegyzések és hivatkozások

Peter William Atkins és Julio De Paula ( fordította angolról Jean Toullec és Monique Mottet), Fizikai Kémia , Brüsszel, De Boeck ,2013, 4 th ed. , 973 p. ( ISBN 978-2-8041-6651-9 , értesítést BNF n o FRBNF43642948 , olvasható online ) , p. 754
Peter William Atkins és Paul Depovere (tudományos rev.) (Ford . Monique Mottet), A fizikai kémia elemei [„A fizikai kémia elemei”], Paris Bruxelles, DE Boeck Universite,1998, 499 p. ( ISBN 978-2-7445-0010-7 , OCLC 40403397 , online olvasás ) , p. 22..

Lásd is