格雷厄姆定律

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引言

格雷厄姆定律，也称为格雷厄姆定律，由托马斯·格雷厄姆（苏格兰化学家）于1848年提出。格雷厄姆定律（适用于扩散和渗透）描述了任何特定气体的速率（量）（e）扩散或渗透与它的分子量（m.w.）平方根成反比（inv.）($\mathrm{\propto}$)。格雷厄姆定律可用于通过扩散分离同位素，这在原子弹的生产中非常有用。

该定律对于分子型扩散更准确（适用），分子型扩散进一步涉及一种气体（g）在给定时间（t）内穿过小孔的运动。并且，如果温度（t）和压力（p）相同（相似），则摩尔质量（M）与质量密度成正比($\mathrm{\propto}$)。例如：喷洒香水、空气清新剂、焚香等。

格雷厄姆定律的陈述

格雷厄姆定律（适用于扩散和渗透）指出（描述）任何特定气体（g）的（e）扩散或渗透速率（量）与其分子量（m.w.）的平方根成反比（inv）。该定律还指出，两种气体的扩散速率（量）之比与这两种气体的摩尔质量或重量（m.w.）平方根之比相同（相似）。格雷厄姆定律是气体分子在相同（相似）温度（t）下具有相同（相等）平均（avg.）动能（K.E.）这一事实的直接（直接）结果。该定律的公式表示为 − $\mathrm{\frac{Rate\: 1}{Rate\: 2}=\sqrt{\frac{M2}{M1}}}$，其中Rate 1和Rate 2分别为第一（1st）和第二（2nd）气体的扩散速率（量）。

Astrang13, 渗透, CC BY-SA 3.0

写出格雷厄姆扩散定律的数学形式。

正如我们所知，根据格雷厄姆定律，在恒定压力（p）和温度（t）下，与高分子量分子或原子相比，低分子量（m.w）的原子或分子扩散速度更快。该定律还指出（描述）任何气体的（e）渗透速率（量）与其摩尔（m）或分子质量（m.w）的平方根成反比（inv.）($\mathrm{\propto}$) ，即$\mathrm{r\propto 1/(M)^{1/2}}$。这里生成的公式用于比较在相同压力（p）和温度（t）下存在的两种不同气体（g）的速率。所涉及的公式为 − $\mathrm{\frac{Rate\: 1}{Rate\: 2}=\sqrt{\frac{M2}{M1}}}$，其中Rate 1表示第一种气体的渗透（e）速率（量），Rate 2表示第二种气体的渗透（e）量，M1表示气体1的（m）摩尔质量（m.w.），M2表示气体2的（m）摩尔质量（m.w.）。

举一个这个定律的例子

格雷厄姆定律的一些现实生活中的例子如下：

• 当在房间的任何角落喷洒空气清新剂或香水时，它们的香味会弥漫整个房间。这是由于扩散现象。

• 该定律也用于计算特定气体的扩散或渗透速率（量）。

• 燃烧或点燃香是格雷厄姆定律的另一个非常熟悉的应用。

• 该定律可用于比较各种不同气体的性质或行为。

• 该定律还用于分离元素的不同同位素的分离过程。

渗透速率

渗透定义（描述）为气体（g）借助小孔（小针孔）从容器（封闭表面）逸出（出来）的过程或方法。任何气态物质（g）的渗透速率与它的（m）摩尔或分子质量的平方根成反比($\mathrm{\propto}$)。分子（单个）或摩尔（组）分子渗透的速率直接取决于它当时移动的速度（s）。相同的公式表示为：

$$\mathrm{\frac{A的渗透速率}{B的渗透速率}=\sqrt{\frac{M_B}{M_A}}}.$$

给出一些已解决的数值题

该定律的一些已解决的示例或数值为：

Q1.如果将相同（相似）量的氦气（He）和氩气（Ar）放入（保持）多孔容器中，然后允许其逸出，那么哪个气体将更快地逸出（出来）？

解：- 令He气体的扩散速率（r1）为x，Ar气体的渗透速率（r2）为1。现在，He的原子（摩尔）重量（m.w.）= 4.00，Ar的原子（摩尔）重量（m.w.）= 39.95。

现在，根据格雷厄姆定律，$\mathrm{\frac{r1}{r2}=\frac{M2}{M1}}$。现在，代入值，我们将得到：

$$\mathrm{\frac{x}{1}=\frac{39.95}{4.00}\Rightarrow x=3.16.}$$

因此，氦气比氩气逸出得更快。

Q2.如果32毫升的H₂气体在1分钟内通过一个小细孔扩散，则在相同条件下，1分钟内扩散的CO₂气体的体积是多少？

根据格雷厄姆定律：

$$\mathrm{\frac{V1}{V2}= \sqrt{\frac{M_B}{M_A}}}$$

这里，V1= 32毫升，M_(CO2)=44，M_(H2)= 2。

$$\mathrm{\Rightarrow \frac{32}{V2}= \sqrt{\frac{44}{2}} = 6.82 毫升.}$$

结论

格雷厄姆定律（扩散和渗透）指出（描述）任何特定气体（g）的（e）扩散或渗透（d）速率（量）与其分子量（m.w.）的平方根成反比（inv）。该定律还指出，两种气体的扩散速率（量）之比与这两种气体的摩尔质量或重量（m.w.）平方根之比相同（相似）。格雷厄姆定律是气体分子在相同（相等）温度（t）下具有相似平均（avg.）动能（K.E.）这一事实的直接（直接）结果。该定律的公式表示为 − $\mathrm{\frac{Rate\: 1}{Rate\: 2}=\sqrt{\frac{M2}{M1}}}$。

常见问题

1. 格雷厄姆定律是什么意思？

格雷厄姆定律（渗透或扩散）指出（描述）任何特定气体（g）的渗透或扩散速率（量）与其分子量（m.w.）的平方根成反比（inv）。

2. 写出求格雷厄姆定律的公式。

格雷厄姆定律的公式表示为 − $\mathrm{\frac{Rate\: 1}{Rate\: 2}=\sqrt{\frac{M2}{M1}}}$。

3. 格雷厄姆定律中哪些两个参数是常数？

在格雷厄姆定律中，温度（t）和压力（p）是常数参数。

4. 定义渗透。

渗透被描述为气体（g）通过小孔（小针孔）从容器（封闭表面）逸出（出来）的过程或方法。

5. 在用格雷厄姆定律进行实验时产生的烟雾是什么颜色？

产生浓厚的白烟。

6. 格雷厄姆定律的现实生活例子是什么？

人们可以通过点燃一根香并观察其产生的烟雾分子的行为来轻松观察格雷厄姆定律在现实生活中的应用。这是因为从燃烧的香中冒出的烟雾借助扩散过程迅速传播到周围环境。