Graham's wet drukt de relatie uit tussen de snelheid van effusie of verspreiding van een gas en dat gas molaire massa. Diffusie beschrijft de verspreiding van een gas door een volume of tweede gas en effusie beschrijft de beweging van een gas door een klein gaatje in een open kamer.
In 1829 stelde de Schotse chemicus Thomas Graham door middel van experimenten vast dat de uitstroomsnelheid van een gas is omgekeerd evenredig naar de vierkantswortel van de dichtheid van het gasdeeltje. In 1848 toonde hij aan dat de uitstroomsnelheid van een gas ook omgekeerd evenredig is met de vierkantswortel van zijn molaire massa. De wet van Graham laat ook zien dat de kinetische energieën van gassen zijn gelijk bij dezelfde temperatuur.
De wetformule van Graham
De wet van Graham stelt dat het tarief van diffusie of effusie van een gas is omgekeerd evenredig met de vierkantswortel van zijn molaire massa. Zie deze wet in onderstaande vergelijkingsvorm.
r ∝ 1 / (M)½
of
r (M)½ = constant
In deze vergelijkingen, r = verspreidings- of effusiesnelheid en M = molaire massa.
Over het algemeen wordt deze wet gebruikt om het verschil in diffusie- en effusiesnelheden tussen gassen te vergelijken, vaak aangeduid als gas A en gas B. Er wordt van uitgegaan dat temperatuur en druk constant en equivalent zijn tussen de twee gassen. Wanneer de wet van Graham wordt gebruikt voor een dergelijke vergelijking, wordt de formule als volgt geschreven:
rGas A/ rGas B = (MGas B)½/(MGas A)½
Voorbeeldproblemen
Een toepassing van de wet van Graham is om te bepalen hoe snel een gas zal uitstromen ten opzichte van een ander en om het snelheidsverschil te kwantificeren. Als u bijvoorbeeld de effusiesnelheden van waterstof wilt vergelijken (H2) en zuurstofgas (O2), kunt u hun molecuulgewichten (waterstof = 2 en zuurstof = 32) gebruiken en ze omgekeerd relateren.
Vergelijking voor het vergelijken van effusiesnelheden: tarief H2/ tarief O2 = 321/2 / 21/2 = 161/2 / 11/2 = 4/1
Deze vergelijking laat zien dat waterstofmoleculen vier keer sneller uitstoten dan zuurstofmoleculen.
Een ander type wetsprobleem van Graham kan u vragen het molecuulgewicht van een gas te bepalen als u de identiteit en de effusieverhouding tussen twee verschillende gassen kent.
Vergelijking voor het vinden van molecuulgewicht: M2 = M1Tarief12 / Tarief22
Uraniumverrijking
Een andere praktische toepassing van de wet van Graham is uranium verrijking. Natuurlijk uranium bestaat uit een mengsel van isotopen met een iets andere massa. Bij gasvormige effusie wordt uraniumerts eerst verwerkt tot uraniumhexafluoridegas en vervolgens herhaaldelijk door een poreuze substantie uitgestoten. Door elke effusie wordt het materiaal dat door de poriën gaat, meer geconcentreerd in U-235 (de isotoop gebruikt om kernenergie op te wekken) omdat deze isotoop sneller diffundeert dan de zwaardere U-238.