La ley de difusión de Graham es la relación entre la velocidad de difusión o efusión de un gas y su peso molecular. El principio básico de la ley de difusión es que la tasa de difusión de cualquier gas, a cualquier temperatura y presión dadas, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad. El mecanismo por el cual un gas puede escapar del recipiente se conoce como efusión, y la capacidad de un gas para expandirse y ocupar todos los volúmenes que tiene a su disposición se conoce como difusión.
Ley de difusión de Graham
En el año 1848, un científico llamado Thomas Graham hizo el descubrimiento inicial de la Ley de Graham. Durante sus experimentos con la efusión de gas, desarrolló una teoría esencial de que las moléculas de gas más ligeras se moverán por el aire más rápidamente que las moléculas de gas más pesadas. La ley de efusión de Graham es el nombre común de esta ley.
Esta ley establece que bajo la temperatura y presión constantes de un gas, los átomos y moléculas más ligeros se difundirán por el aire más rápidamente que los átomos y moléculas más pesados.
Según esta ley, la velocidad a la que se efunde una molécula de gas está inversamente relacionada con la raíz cuadrada de la densidad o masa molecular del gas.
Fórmula de la ley de difusión de Graham
La fórmula de la ley de difusión de Graham se puede expresar como
Tasa 1/Tasa 2 =
Tasa 1/Tasa 2 =
Dónde,
- Tasa 1 = Tasa de efusión del primer gas,
- Tasa 2 = Tasa de efusión del Segundo gas,
- d1 = densidad del primer gas,
- d2 = densidad del segundo gas,
- M1 = Masa molar del primer gas,
- M2 = Masa molar del segundo gas.
Tasa de difusión
La difusión de un gas es el término utilizado para describir el movimiento neto de la sustancia desde el área de mayor concentración al área de menor concentración. Cada partícula de gas comienza a chocar entre sí. La zona de máxima densidad de partículas de un gas hace que las partículas comiencen a rebotar entre sí y en el contenedor del borde a un ritmo más rápido que las partículas en las regiones de menor densidad de partículas.
La velocidad de difusión del gas, según la efusión, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la densidad de una molécula de gas. La densidad de un gas se determina dividiendo su masa por su volumen para determinar la densidad de una molécula de gas dada. Es posible comparar dos gases si el volumen de la molécula de gas se mantiene constante.
Tasa de derrame
Cuando las partículas de aire escapan o se filtran a través de un orificio que tiene un ancho mucho menor que el camino libre medio de las moléculas, esta acción se conoce como efusión de un gas. Debido a la pequeña cantidad de colisiones de molécula a molécula que ocurren en estas regiones, todas las partículas y moléculas que llegan al agujero pasarán a través de este procedimiento.
El proceso por el cual las partículas materiales del espacio cerrado comienzan a escapar con el tiempo podría denominarse tasa de efusión de un gas. Una ilustración puede ayudar a que este proceso sea más comprensible. Por ejemplo, imagine que cuando cortamos un agujero en un globo, el gas del interior comenzaría a escapar a la atmósfera, lo que provocaría que el globo se desinfle de adentro hacia afuera. La efusión de gas a la atmósfera es lo que se conoce como esto.
Como resultado, podemos afirmar que la tasa de efusión de un gas está inversamente relacionada con su densidad y masa molar.
Tasa de efusión = 1/√(densidad) = 1/√(Masa molar de la molécula de gas)
Derivación de la ley de difusión de Graham
Según la teoría cinética molecular,
VP = mNc 2 / 3
Si tenemos 1 mol de gas entonces N = N A
PV = mN A c 2 / 3
Dónde,
P = Presión, V = Volumen, m = Masa, NA = Número de molécula de Avogadro, c 2 = Velocidad
∴ PV = Mc 2 / 3 …(mN A = M (Masa molar))
∴ c 2 = 3PV/M
∴ c 2 = 3P/d …(densidad (d) = M/V)
Saque la raíz cuadrada en ambos lados,
∴ √c 2 = √(3P/d)
∴ √c 2 = Tasa de difusión
∴ Tasa = 1/√d
Puntos importantes para recordar
- El gas pasa de concentraciones más altas a concentraciones más bajas durante el fenómeno de difusión, mientras que durante el proceso de efusión, el gas se mueve de concentraciones más bajas a más altas.
- El sistema de entrada de un gas se desorganiza significativamente debido a la difusión. Tanto los gases sólidos como los líquidos tienen velocidades de acción más lentas.
- El tiempo que pasa una partícula de gas en el proceso de difusión es directamente inversamente proporcional a su peso molecular.
- Las masas moleculares y la densidad de vapor de una molécula de gas se calculan utilizando la ley de difusión de Graham.
- Además, esto se emplea en la separación de isótopos del mismo elemento, así como la separación de varios gases de una mezcla de gases.
Problemas basados en la Ley de Difusión de Graham
Problema 1: Identifique la masa molar del gas calculando su coeficiente de difusión, que es 4,11 veces el del amoníaco (NH 3 ).
Solución:
Tasa de difusión de gas = 4.11
Como resultado, podemos afirmar que la relación de velocidades de difusión del gas suministrado debe ser 1/4.11
Entonces, Tasa1/Tasa2 = 1/4.11
Masa molar del gas amoniaco = 17,03
Según la ley de efusión de Graham,
Tasa 1/Tasa 2 =
∴1/4.11 =
Al cuadrar ambos lados, obtenemos
∴1/16,8291 =
∴ M2 = 0,0591 × 17,03
∴ M2 = 1,006 g/mol
Problema 2: Determinar la masa molar de un gas cuya velocidad de difusión es dos veces la del agua.
Solución:
Velocidad de difusión del gas = 2
Como resultado, podemos afirmar que la relación de tasas de difusión del gas suministrado debe ser 1/2
Entonces, Tasa1/Tasa2 = 1/2
Masa molar del agua = 18
Según la ley de efusión de Graham,
Tasa 1/Tasa 2 =
∴1/2 =
Al cuadrar ambos lados, obtenemos
∴1/4 =
∴ M2 = 0,25 × 18
∴ M2 = 4,5 g/mol
Problema 3: ¿Cuáles son las velocidades de difusión respectivas entre el hidrógeno y el nitrógeno con una masa molar 14?
Solución :
Masa molar de Hidrógeno (M1) = 2, Masa molar de Nitrógeno (M2) = 14
Supongamos ahora que el hidrógeno tiene una tasa de difusión más lenta que otros elementos y que el hidrógeno tiene una tasa de difusión de uno.
Tasa2 = 1
Según la ley de efusión de Graham,
Tasa 1/Tasa 2 =
∴ Tasa1/1 = √(14/2)
Al cuadrar ambos lados, obtenemos
∴ (tasa 1) 2/1 = 14/2
∴ (Tasa1) 2 = 7
∴ Tasa1 = 2.64
Problema 4: Compara las velocidades de difusión relativas del agua dura (masa molar=20,0276) y el agua (masa molar=18,0152).
Solución :
Masa molar of agua (M1) = 18.0152, Masa molar of Agua dura (M2) = 20.0276
Dado que el agua pesada tiene una velocidad de difusión más lenta, supongamos que la fórmula de la velocidad de difusión para el agua pesada es uno.
Tasa2 = 1
Según la ley de efusión de Graham,
Tasa 1/Tasa 2 =
∴ Tasa 1/1 =
Al cuadrar ambos lados, obtenemos
∴ (Tasa 1) 2 /1 = √\frac{20.0276}{18.0152}
∴ (Tasa1) 2 = 1.1117
∴ Tasa1 = 1.05
Problema 5: Determinar la masa molar del gas cuya velocidad de difusión es 5 veces mayor que la masa molar del segundo gas que es 7,2.
Solución :
Velocidad de difusión del gas = 5
Como resultado, podemos afirmar que la relación de velocidades de difusión del gas suministrado debe ser 1/5
Entonces, Tasa1/Tasa2 = 1/5
Masa molar del segundo gas (M2) = 7,2
Según la ley de efusión de Graham,
Tasa 1/Tasa 2 =
∴ 1/5 = √(7,2/M1)
Al cuadrar ambos lados, obtenemos
∴1/25 = 7,2/M1
∴ M1 = 7,2 / 0,04
∴ M1 = 180 g/mol
Problema 6: Averigüe cuál es la masa molar de un gas que tiene una velocidad de difusión cuatro veces mayor que la del cloro.
Solución :
Velocidad de difusión del gas = 4
Como resultado, podemos afirmar que la relación de tasas de difusión del gas suministrado debe ser 1/4
Entonces, Tasa1/Tasa2 = 1/4
Masa molar del Cl = 35.453
Según la ley de efusión de Graham,
Tasa 1/Tasa 2 =
∴14=
Al cuadrar ambos lados, obtenemos
∴1/16 = M2/(35.453)
∴ M2 = 0,0625 × 35,453
∴ M2 = 2,2158 g/mol
Preguntas frecuentes
Pregunta 1: ¿Qué gas se efunde más rápido?
Responder:
Según la ley de efusión de Graham, la tasa de efusión de un gas está inversamente relacionada con la raíz cuadrada de las masas moleculares del gas. Por lo tanto, el gas con el peso molecular más bajo se derramará más rápidamente que el gas con un peso molecular más alto. Entonces, el helio es el gas más ligero y rápido, según nuestra definición.
Pregunta 2: Enumere algunos ejemplos en los que se requiere la Ley de Graham.
Responder:
Para determinar la tasa de efusión o prolijidad de un determinado gas, normalmente se aplica la ley de efusión o prolijidad de Graham. También se pueden comparar las tasas de efusión o prolijidad de dos fiestas distintas. por lo tanto, ayuda a los científicos a estimar la cantidad de tiempo que un gas específico tardará en escapar del recipiente o la cimbra en la que se encuentra. Para crear los procedimientos de seguridad en caso de fuga de gas, se requiere esta evaluación de la tasa de efusión o prolijidad.
Al encender una varilla de incienso y observar el movimiento de las motas de banco que provoca, uno puede ver fácilmente cómo opera la ley de Graham en la vida real. Esto es para que el aroma de la varilla de incienso ardiendo pueda extenderse rápidamente por el área circundante gracias al proceso de prolijidad.
Pregunta 3: Estado Ley de Graham. ¿Cómo se calcula?
Responder:
Según la Ley de Graham, la raíz cuadrada de la masa molar de un gas tiene una relación inversa con la velocidad de difusión o efusión de ese gas. La ecuación de esta ley se muestra a continuación.
r es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de M
En estas ecuaciones,
M = masa molar y r = tasa de difusión o efusión.
Pregunta 4: ¿Hay alguna aplicación de las leyes de Graham en la vida real?
Respuesta :
La ley de Graham tiene una variedad de aplicaciones en la vida diaria, como ahora sabemos. La legislación de Graham se utiliza principalmente en los procedimientos de divorcio. Esta ley nos permite separar diferentes gases con diferentes densidades. La fórmula de la ley de Graham se puede usar para comparar velocidades de difusión y calcular las masas molares de un gas desconocido usando un gas conocido. Usando esta fórmula, podemos incluso dividir los isótopos de un determinado gas. Los isótopos de uranio sirven como una ilustración clásica de este proceso. Utilizamos principalmente los isótopos pesados y ligeros de uranio que nuestro planeta produce de forma natural.
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por swapnilkalyani96 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA