Grahams lov er en gaslov, der relaterer diffusionshastigheden eller udstrømningen af en gas til dens molære masse. Diffusion er processen med langsomt at blande to gasser sammen. Effusion er den proces, der opstår, når en gas får lov til at flygte fra sin beholder gennem en lille åbning.
I Grahams lov hedder det, at den hastighed, hvormed en gas vil strømme ud eller diffundere, er omvendt proportional med kvadratroten af den molære masse af gassen. Dette betyder, at lette gasser diffunderer / diffunderer hurtigt og tungere gasser diffunderer / diffunderer langsomt.
Dette eksempelproblem bruger Grahams lov til at finde ud af, hvor meget hurtigere en gas er siver end en anden.
Grahams lovproblem
Gas X har en Molar masse på 72 g / mol, og Gas Y har en Molar masse på 2 g / mol. Hvor meget hurtigere eller langsommere strømmer Gas Y ud fra en lille åbning end Gas X ved den samme temperatur?
Løsning:
Grahams lov kan udtrykkes som:
rx(MMx)1/2 = rY(MMY)1/2
hvor
rx = effusionshastighed / diffusion af Gas X
MMx= molmasse af gas X
rY = effusionshastighed / diffusion af gas Y
MMY = molmasse af gas Y
Vi vil gerne vide, hvor meget hurtigere eller langsommere Gas Y-effuses sammenlignet med Gas X. For at få denne værdi har vi brug for forholdet mellem satserne for gas Y til gas X. Løs ligningen for rY/ rx.
rY/ rx = (MMx)1/2/(MMY)1/2
rY/ rx = [(MMx) / (MMY)]1/2
Brug de givne værdier for molmasser og sæt dem i ligningen:
rY/ rx = [(72 g / mol) / (2)]1/2
rY/ rx = [36]1/2
rY/ rx = 6
Bemærk, at svaret er et rent tal. Med andre ord annullerer enhederne. Hvad du får er, hvor mange gange hurtigere eller langsommere gas Y effuses sammenlignet med gas X.
Svar:
Gas Y udtømmes seks gange hurtigere end den tungere Gas X.
Hvis du blev bedt om at sammenligne, hvor meget langsommere gas X-effuses sammenligner med gas Y, skal du bare tage det inverse af hastigheden, som i dette tilfælde er 1/6 eller 0,167.
Det betyder ikke noget, hvilke enheder du bruger til effusionshastigheden. Hvis gas X strømmer ud ved 1 mm / minut, strømmer gas Y ud med 6 mm / minut. Hvis gas Y strømmer ud ved 6 cm / time, udløses gas X ved 1 cm / time.
Hvornår kan du bruge Grahams lov?
- Grahams lov må kun bruges til at sammenligne diffusionshastigheden eller udstrømningen af gasser ved en konstant temperatur.
- Loven bryder sammen, som andre gaslove, når koncentrationen af gasser bliver meget høj. Gaslovene blev skrevet til ideelle gasser, der er ved lave temperaturer og tryk. Når du øger temperaturen eller trykket, kan du forvente, at den forudsagte opførsel afviger fra eksperimentelle målinger.