Grehema formula difūzijai un izspiešanai

Grehema likums izsaka saistību starp izsvīdums vai difūzija no gāzes un tās gāzes molārā masa. Difūzija apraksta gāzes izkliedi visā tilpumā vai otrajā gāzē, un izsvīdums apraksta gāzes kustību caur niecīgu caurumu atvērtā kamerā.

1829. gadā skotu ķīmiķis Tomass Grehems, veicot eksperimentus, noteica, ka gāzes izsvīduma ātrums ir apgriezti proporcionāls līdz gāzes daļiņu blīvuma kvadrātsaknei. 1848. gadā viņš parādīja, ka gāzes izsvīšanas ātrums ir arī apgriezti proporcionāls tās molās masas kvadrātsaknei. Grehema likums arī parāda, ka gāzu kinētiskās enerģijas ir vienādi tajā pašā temperatūrā.

Grehema likumā noteikts, ka likme difūzija vai izsvīdums gāzes ir apgriezti proporcionāls tās molās masas kvadrātsaknei. Skatiet šo likumu vienādojumu formā zemāk.

r ∝ 1 / (M)^½

vai

r (M)^½ = nemainīgs

Šajos vienādojumos r = difūzijas vai izsvīduma ātrums un M = molārā masa.

Parasti šo likumu izmanto, lai salīdzinātu difūzijas un izsvīduma ātrumu atšķirības starp gāzēm, kuras bieži apzīmē ar gāzi A un gāzi B. Tas pieņem, ka temperatūra un spiediens ir nemainīgi un līdzvērtīgi starp abām gāzēm. Ja šādam salīdzinājumam izmanto Grehema likumu, formula tiek uzrakstīta šādi:

r_{Gāze A}/ r_{Gāze B} = (M_{Gāze B})^½/(M_{Gāze A})^½

Viens no Grehema likuma pielietojumiem ir noteikt, cik ātri gāze izplūdīs attiecībā pret otru, un kvantitatīvi noteikt likmju starpību. Piemēram, ja vēlaties salīdzināt ūdeņraža (H₂) un skābekļa gāzi (O₂), jūs varat izmantot to molmasas (ūdeņradis = 2 un skābeklis = 32) un saistīt tās apgriezti.

Vienādojums izsūkšanās ātrumu salīdzināšanai: likme H₂/ likme O₂ = 32^1/2 / 2^1/2 = 16^1/2 / 1^1/2 = 4/1

Šis vienādojums parāda, ka ūdeņraža molekulas izsūcas četras reizes ātrāk nekā skābekļa molekulas.

Cita veida Grahama likuma problēma var lūgt jums atrast gāzes molekulmasu, ja zināt tās identitāti un izsvīduma attiecību starp divām dažādām gāzēm.

Vienādojums molekulmasas atrašanai: M₂ = M₁Likme₁² / Novērtēt₂²

Vēl viena Grehema likuma piemērošana ir urāns bagātināšana. Dabīgais urāns sastāv no izotopu maisījuma ar nedaudz atšķirīgu masu. Gāzveida izsvīdumā urāna rūdu vispirms iegūst urāna heksafluorīda gāzē, pēc tam atkārtoti izspiežot caur porainu vielu. Katrā izsvīdumā materiāls, kas iet caur porām, koncentrējas U-235 ( izotops, ko izmanto kodolenerģijas ražošanai), jo šis izotops izkliedējas ātrāk nekā smagākais U-238.