Legea lui Graham
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 11 noiembrie 2019; verificările necesită 2 modificări .Legea lui Graham (cunoscută și sub numele de legea revărsării , legea lui Graham (incorectă)) [1] este legea vitezei relative a curgerii diferitelor gaze printr-o suprafață poroasă sau o membrană artificială în aceleași condiții. Descoperit în 1829 de chimistul scoțian Thomas Graham .
Conținutul legii
Efuzia este fluxul lent de gaze prin găuri mici (adesea microscopice), cum ar fi diverse materiale poroase, în care moleculele individuale trec prin gaură fără să se ciocnească unele de altele. Acest lucru se întâmplă dacă diametrul găurii este semnificativ mai mic decât calea liberă medie a moleculelor. În 1829, Thomas Graham a efectuat o serie de experimente de revărsare și a constatat că, la temperatură și presiune constante, debitul de gaz r este invers proporțional cu rădăcina pătrată a densității gazului d :
unde k este o constantă.
Astfel, cu cât densitatea gazului este mai mare, cu atât rata de efuziune este mai mică (la temperatură și presiune constante). Constanta k (pe partea dreaptă a ecuației de mai sus) în condiții egale este aproximativ aceeași pentru toate gazele. După cum rezultă din ecuația de stare a gazului ideal , la temperatură și presiune constante, densitatea unui gaz este proporțională cu masa sa molară M. Pe baza acestui fapt, se poate rescrie ecuația legii lui Graham pentru două gaze diferite, după cum urmează:
unde r 1 și r 2 sunt debitele de ieșire ale primului și respectiv al doilea gaz, M 1 și M 2 sunt masele lor molare . Astfel, o altă formulare a legii lui Graham afirmă că viteza de efuziune a unui gaz este invers proporțională cu rădăcina pătrată a masei molare (masa moleculelor sale).
Astfel, dacă greutatea moleculară a unui gaz este de patru ori mai mare decât a celuilalt, atunci acesta ar difuza printr-o suprafață sau membrană poroasă la jumătate din viteza celuilalt. O explicație teoretică completă a legii lui Graham a fost dată câțiva ani mai târziu de teoria cinetică moleculară .
Aplicație practică
Legea lui Graham explică de ce baloanele umplute cu heliu își pierd volumul după o perioadă scurtă de timp, spre deosebire de cele umplute cu aer. Heliul ușor, având o greutate moleculară relativă de 4, pătrunde prin porii cauciucului de aproximativ 2,7 ori mai repede decât aerul (un amestec de azot și oxigen predominant, greutate moleculară relativă medie de 29). Baloanele realizate din folie de poliester metalizat cu pori semnificativ mai mici pot reține heliu timp de câteva săptămâni.
Ieșirea de aer prin materialele navei spațiale trebuie luată în considerare atunci când se planifică zboruri pe termen lung: de exemplu, reînnoirea rezervelor de aer la bordul Stației Spațiale Internaționale se realizează cu ajutorul navelor de marfă de transport Progress .
Legea lui Graham stă la baza atmosferei , procesul de separare a unui amestec de gaze cu densități inegale prin trecerea repetată a acestora printr-un material poros (metoda difuziei gazelor). Atmoliza a fost folosită pentru prima dată la scară industrială pentru separarea izotopilor în procesul de îmbogățire a uraniului din SUA . În timpul implementării Proiectului Manhattan în 1942 în orașul Oak Ridge , a fost construită o instalație cu 600 de trepte pentru difuzia gazoasă a hexafluorurilor volatile de uraniu uraniu UF 6 printr-o partiție poroasă. Uraniul natural este un amestec de izotopi de 0,7% 235 U și 99,3% 238 U. Numai primul izotop ar putea fi folosit pentru a face bombe atomice și combustibil nuclear pentru reactoare . Raportul de densitate al acestor două hexafluoruri este 349:352. Hexafluorura mai ușoară 235 UF 6 difuzează doar de 1,004 ori mai repede decât cealaltă hexafluorura izotopică. Prin urmare, un amestec de gaze trecute printr-un despărțitor poros este ușor îmbogățit în hexafluorură 235 UF6 . Pentru a obține o îmbogățire semnificativă a amestecului de gaz cu izotopul necesar, această procedură trebuie repetată de mii de ori. În Uniunea Sovietică, a fost folosită o altă metodă, mai puțin consumatoare de energie, pentru a separa hexafluorurile volatile de uraniu UF 6 - folosind centrifuge cu gaz .
Note
- ↑ Pronunță Nume - Pronunță Graham, Cum se pronunță Graham, Cum se pronunță numele Graham, Pronunție Graham, cum se pronunță Graham, cum se pronunță numele Graham . Consultat la 21 februarie 2013. Arhivat din original pe 18 martie 2013.