Grahams lov
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 11. november 2019; checks kræver 2 redigeringer .Grahams lov (også kendt som effusionsloven , Grahams lov (forkert)) [1] er loven om den relative hastighed af udstrømningen af forskellige gasser gennem en porøs overflade eller kunstig membran under de samme forhold. Opdaget i 1829 af den skotske kemiker Thomas Graham .
Lovens indhold
Effusion er den langsomme strøm af gasser gennem små (ofte mikroskopiske) huller, såsom forskellige porøse materialer, hvor individuelle molekyler passerer gennem hullet uden at kollidere med hinanden. Dette sker, hvis diameteren af hullet er væsentligt mindre end den gennemsnitlige frie vej for molekylerne. I 1829 udførte Thomas Graham en række effusionseksperimenter og fandt ud af, at ved konstant temperatur og tryk er gasudstrømningshastigheden r omvendt proportional med kvadratroden af gasdensiteten d :
hvor k er en konstant.
Jo højere gasdensiteten er, jo lavere er effusionshastigheden (ved konstant temperatur og tryk). Konstanten k (på højre side af ovenstående ligning) under lige betingelser er omtrent den samme for alle gasser. Som det følger af den ideelle gasligning for tilstand , ved konstant temperatur og tryk, er tætheden af en gas proportional med dens molære masse M. Baseret på dette kan man omskrive ligningen for Grahams lov for to forskellige gasser som følger:
hvor r 1 og r 2 er udstrømningshastighederne for henholdsvis den første og anden gas, M 1 og M 2 er deres molære masser . En anden formulering af Grahams lov siger således, at udstrømningshastigheden af en gas er omvendt proportional med kvadratroden af den molære masse (massen af dens molekyler).
Således, hvis molekylvægten af en gas er fire gange så stor som den anden, så ville den diffundere gennem en porøs overflade eller membran med halvdelen af hastigheden af den anden. En komplet teoretisk forklaring af Grahams lov blev givet et par år senere af molekylær kinetisk teori .
Praktisk anvendelse
Grahams lov forklarer, hvorfor balloner fyldt med helium mister volumen efter kort tid, i modsætning til dem, der er fyldt med luft. Let helium, med en relativ molekylvægt på 4, trænger gennem porerne i gummi ca. 2,7 gange hurtigere end luft (en blanding af overvejende nitrogen og oxygen, gennemsnitlig relativ molekylvægt på 29). Balloner lavet af metalliseret polyesterfilm med væsentligt mindre porer kan holde på helium i flere uger.
Udstrømningen af luft gennem rumfartøjets materialer skal tages i betragtning ved planlægning af langsigtede flyvninger: for eksempel udføres fornyelsen af luftforsyninger om bord på den internationale rumstation ved hjælp af Progress - transportfragtskibe .
Grahams lov ligger til grund for atmolyse , processen med at separere en blanding af gasser med ulige densiteter ved gentagne gange at føre dem gennem et porøst materiale (gasdiffusionsmetode). Atmolyse blev først brugt i industriel skala til isotopadskillelse i den amerikanske uranberigelsesproces . Under implementeringen af Manhattan-projektet i 1942 i byen Oak Ridge blev der bygget en 600-trins installation til gasdiffusion af flygtige uran-uranhexafluorider UF 6 gennem en porøs skillevæg. Naturligt uran er en isotopblanding af 0,7 % 235 U og 99,3 % 238 U. Kun den første isotop kunne bruges til at lave atombomber og atombrændsel til reaktorer . Densitetsforholdet mellem disse to hexafluorider er 349:352. Den lettere hexafluorid 235 UF 6 diffunderer kun 1.004 gange hurtigere end den anden isotop hexafluorid. Derfor er en blanding af gasser, der ledes gennem en porøs skillevæg, let beriget med hexafluorid 235 UF 6 . For at opnå en betydelig berigelse af gasblandingen med den nødvendige isotop skal denne procedure gentages tusindvis af gange. I Sovjetunionen blev en anden, mindre energikrævende metode brugt til at adskille flygtige uranhexafluorider UF 6 - ved hjælp af gascentrifuger .
Noter
- ↑ Udtal Names - Udtal Graham, Hvordan man udtaler Graham, Hvordan man udtaler navnet Graham, Udtale af Graham, hvordan man siger Graham, hvordan man siger navnet Graham . Hentet 21. februar 2013. Arkiveret fra originalen 18. marts 2013.