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Loi de Graham sur la diffusion et l'épanchement

Loi de Graham sur la diffusion et l'épanchement

La loi de Graham exprime la relation entre la vitesse d'épanchement ou de diffusion d'un gaz et la masse molaire du gaz. La diffusion décrit la propagation d'un gaz dans un volume ou un second gaz, tandis que l'épanchement décrit le mouvement d'un gaz à travers un trou minuscule dans une chambre ouverte.

En 1829, le chimiste écossais Thomas Graham a déterminé expérimentalement que le taux d'épanchement d'un gaz était inversement proportionnel à la racine carrée de la masse de particules de gaz et à sa densité. En 1848, il montra que le taux d'épanchement d'un gaz est également inversement proportionnel à la racine carrée de la masse molaire du gaz. La loi de Graham montre également que les énergies cinétiques des gaz sont égales à la même température.

Loi de Graham

La loi de Graham stipule que le taux de diffusion ou d'épanchement d'un gaz est inversement proportionnel à la racine carrée de la masse molaire du gaz:

r ∝ 1 / (M)½

ou

r (M)½ = constante

r = taux de diffusion ou d'épanchement et M = masse molaire.

Généralement, cette loi est utilisée pour comparer la différence de taux entre deux gaz différents: le gaz A et le gaz B. La loi suppose que la température et la pression sont les mêmes pour les deux gaz. Lorsque la loi de Graham est utilisée pour une telle comparaison, la formule est écrite:

rGaz A/ rGaz B = (MGaz B)½/ (MGaz A)½

Exemple de problèmes

Une façon d'appliquer la loi de Graham consiste à déterminer si un gaz s'épuise plus rapidement ou plus lentement qu'un autre et à quantifier la différence de débit. Par exemple, si vous souhaitez comparer les taux d’épanchement de l’hydrogène gazeux (H2) et d'oxygène gazeux (O2), vous utilisez les masses molaires des gaz (deux pour l'hydrogène et 32 ​​pour l'oxygène) et les relier inversement:

taux H2/ taux O2 = 321/2 / 21/2 = 161/2 / 11/2 = 4/1

L'équation montre que les molécules d'hydrogène gazeux émettent quatre fois plus rapidement que les molécules d'oxygène.

Un autre type de problème de la loi de Graham peut vous demander de trouver le poids moléculaire d’un gaz si vous connaissez l’identité d’un gaz et le rapport entre les taux d’épanchement de deux gaz différents. Ce problème peut être exprimé par:

M2 = M1Taux12 / Taux22

Une application pratique de la loi de Graham est l'enrichissement d'uranium. L'uranium naturel consiste en un mélange d'isotopes, chacun ayant une masse légèrement différente. En diffusion gazeuse, le minerai d'uranium est transformé en gaz d'hexafluorure d'uranium, qui est diffusé de manière répétée à travers une substance poreuse. À chaque fois, le matériau qui traverse les pores devient plus concentré en U-235 (l’isotope utilisé pour générer de l’énergie nucléaire). En effet, l'isotope diffuse plus rapidement que l'U-238, qui est plus lourd.