Graham törvénye
Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2019. november 11-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .Graham törvénye (más néven effúzió törvénye , Graham törvénye (helytelen)) [1] a különböző gázok porózus felületen vagy mesterséges membránon keresztül azonos körülmények között történő kiáramlásának relatív sebességének törvénye. Thomas Graham skót kémikus fedezte fel 1829-ben .
A törvény tartalma
Az effúzió a gázok lassú áramlása kis (gyakran mikroszkopikus) lyukakon, például különféle porózus anyagokon keresztül, amelyekben az egyes molekulák egymásnak ütközés nélkül áthaladnak a lyukon. Ez akkor fordul elő, ha a lyuk átmérője lényegesen kisebb, mint a molekulák átlagos szabad útja. 1829-ben Thomas Graham egy sor effúziós kísérletet végzett, és megállapította, hogy állandó hőmérsékleten és nyomáson az r gázkiáramlási sebesség fordítottan arányos a d gázsűrűség négyzetgyökével :
ahol k konstans.
Így minél nagyobb a gáz sűrűsége, annál kisebb az effúziós sebesség (állandó hőmérsékleten és nyomáson). A k állandó (a fenti egyenlet jobb oldalán) egyenlő feltételek mellett megközelítőleg azonos minden gázra. Amint az ideális gáz állapotegyenletéből következik , állandó hőmérsékleten és nyomáson a gáz sűrűsége arányos M moláris tömegével . Ennek alapján a Graham-törvény egyenlete két különböző gázra a következőképpen írható át:
ahol r 1 és r 2 az első és a második gáz kiáramlási sebessége, M 1 és M 2 a moláris tömegük . Így Graham törvényének egy másik megfogalmazása szerint a gáz kiáramlási sebessége fordítottan arányos a moláris tömeg (molekuláinak tömege) négyzetgyökével.
Így, ha az egyik gáz molekulatömege négyszerese a másikénak, akkor fele olyan sebességgel diffundálna át egy porózus felületen vagy membránon, mint a másik. Graham törvényének teljes elméleti magyarázatát néhány évvel később a molekuláris kinetikai elmélet adta meg .
Gyakorlati alkalmazás
Graham törvénye megmagyarázza, hogy a héliummal töltött léggömbök miért veszítenek rövid idő után térfogatukat, ellentétben a levegővel töltött léggömbökkel. A 4-es relatív molekulatömegű könnyű hélium körülbelül 2,7-szer gyorsabban hatol át a gumi pórusain, mint a levegő (túlnyomórészt nitrogén és oxigén keveréke, átlagos relatív molekulatömege 29). A fémezett poliészter fóliából készült , lényegesen kisebb pórusú léggömbök több hétig is képesek héliumot tartani.
A hosszú távú repülések tervezésénél figyelembe kell venni az űrjárművek anyagain keresztüli levegő kiáramlását: például a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén a légutánpótlás megújítása Progress szállító teherhajók segítségével történik .
Graham törvénye alapozza meg az atmolízist , vagyis azt a folyamatot, amely során egyenlőtlen sűrűségű gázok keverékét választják szét porózus anyagon való többszöri átengedéssel (gázdiffúziós módszer). Az atmolízist először ipari méretekben használták izotópleválasztásra az Egyesült Államok urándúsítási folyamatában . A Manhattan Project 1942-es megvalósítása során Oak Ridge városában egy 600 szakaszból álló berendezést építettek az illékony urán-urán-hexafluoridok UF 6 gáznemű diffúziójára egy porózus válaszfalon keresztül. A természetes urán 0,7% 235 U és 99,3% 238 U izotóp keveréke. Csak az első izotópból lehetett atombombákat és reaktorok nukleáris üzemanyagát készíteni . Ennek a két hexafluoridnak a sűrűségaránya 349:352. A könnyebb hexafluorid 235 UF 6 csak 1004-szer gyorsabban diffundál, mint a másik hexafluorid izotóp. Ezért a porózus válaszfalon átvezetett gázkeverék enyhén dúsított hexafluorid 235 UF 6 -ban . Ahhoz, hogy a gázelegyet a szükséges izotóppal jelentős mértékben dúsítsuk, ezt az eljárást ezerszer meg kell ismételni. A Szovjetunióban egy másik, kevésbé energiaigényes módszert alkalmaztak az illékony urán-hexafluoridok UF 6 elválasztására - gázcentrifugák segítségével .
Jegyzetek
- ↑ Names kiejtése - Graham kiejtése, Graham kiejtése, Graham név kiejtése, Graham kiejtése, Graham kiejtése, Graham kiejtése, Graham név kiejtése . Letöltve: 2013. február 21. Az eredetiből archiválva : 2013. március 18..