De wet van Graham is een gaswet die de diffusiesnelheid of effusie van een gas relateert aan zijn molaire massa. Diffusie is het proces waarbij twee gassen langzaam worden gemengd. Effusie is het proces dat optreedt wanneer een gas door een kleine opening uit de container kan ontsnappen.
De wet van Graham stelt dat de snelheid waarmee een gas zal effuseren of diffunderen omgekeerd evenredig is met de vierkantswortel van de molaire massa van het gas. Dit betekent dat lichte gassen snel diffunderen / diffunderen en zwaardere gassen langzaam diffunderen / diffunderen.
Dit voorbeeldprobleem maakt gebruik van de wet van Graham om te bepalen hoeveel sneller een gas is effuses dan een ander.
Graham's Law Problem
Gas X heeft een molaire massa van 72 g / mol en Gas Y heeft een molaire massa van 2 g / mol. Hoeveel sneller of langzamer stroomt Gas Y uit een kleine opening dan Gas X bij dezelfde temperatuur?
Oplossing:
De wet van Graham kan worden uitgedrukt als:
rX(MMX)1/2 = rY(MMY)1/2
waar
rX = snelheid van effusie / diffusie van gas X
MMX= molaire massa van gas X
rY = snelheid van effusie / diffusie van gas Y
MMY = molaire massa van gas Y
We willen weten hoeveel snellere of langzamere Gas Y-effusies zijn in vergelijking met Gas X. Om deze waarde te krijgen, hebben we de verhouding van de snelheden van gas Y tot gas X nodig. Los de vergelijking op voor rY/ rX.
rY/ rX = (MMX)1/2/(MMY)1/2
rY/ rX = [(MMX) / (MMY)]1/2
Gebruik de gegeven waarden voor molmassa's en plug ze in de vergelijking:
rY/ rX = [(72 g / mol) / (2)]1/2
rY/ rX = [36]1/2
rY/ rX = 6
Merk op dat het antwoord een puur getal is. Met andere woorden, de eenheden vallen uit. Wat je krijgt, is hoeveel keer sneller of langzamer de uitstroom van gas Y in vergelijking met gas X.
Antwoord:
Gas Y zal zes keer sneller uitstoten dan het zwaardere Gas X.
Als u werd gevraagd om te vergelijken hoeveel langzamer gas X-effussen zich verhouden tot gas Y, neemt u gewoon het omgekeerde van de snelheid, die in dit geval 1/6 of 0,167 is.
Het maakt niet uit welke eenheden u gebruikt voor de snelheid van uitstroming. Als gas X uitstraalt met 1 mm / minuut, dan stroomt gas Y uit met 6 mm / minuut. Als gas Y uitstraalt met 6 cm / uur, dan stroomt gas X uit met 1 cm / uur.
Wanneer kun je de wet van Grahams gebruiken?
- De wet van Graham mag alleen worden gebruikt om de snelheid van diffusie of effusie van gassen bij een constante temperatuur te vergelijken.
- De wet breekt, net als andere gaswetten, af wanneer de concentratie van gassen erg hoog wordt. De gaswetten zijn geschreven voor ideale gassen, die bij lage temperaturen en drukken zijn. Als je de temperatuur of druk verhoogt, kun je verwachten dat het voorspelde gedrag afwijkt van experimentele metingen.