Ce vei înțelege
- Calculezi raportul vitezelor de efuziune.
- Precizezi condițiile în care comparația este validă.
Înainte să începi: Rapoarte, rădăcini pătrate și mase molare.
Un orificiu foarte mic
Efuziunea este trecerea unui gaz printr-un orificiu suficient de mic spre o regiune cu presiune mult mai mică. În condițiile modelului, particulele traversează deschiderea fără ca fluxul să se comporte ca o curgere obișnuită printr-o conductă. Dimensiunea orificiului în raport cu parcursul liber al particulelor contează.
Difuzia descrie răspândirea și amestecarea particulelor prin mișcare moleculară. Fenomenele sunt înrudite, dar nu identice. Un miros care ajunge printr-o cameră este influențat și de curenții de aer; nu reprezintă o măsurare directă a efuziunii.
De ce contează masa
La aceeași temperatură, gazele ideale au aceeași energie cinetică medie de translație pe particulă. Particulele mai ușoare au viteze caracteristice mai mari. Temperatura nu înseamnă că fiecare moleculă se deplasează cu aceeași viteză: există o distribuție a vitezelor.
Legea lui Graham compară vitezele de efuziune: r₁/r₂ = √(M₂/M₁), pentru gaze la aceeași temperatură și în condiții comparabile. M₁ și M₂ sunt masele molare. Raportul din radical apare în ordinea inversă față de raportul vitezelor.
Un calcul cu heliu și neon
Folosim mase molare rotunjite de 4 g/mol pentru heliu și 20 g/mol pentru neon. Raportul r_He/r_Ne este √(20/4) = √5, aproximativ 2,24. În condițiile legii, heliul efuzează de aproximativ 2,24 ori mai repede.
Nu obținem raportul cinci, fiindcă dependența este de rădăcina pătrată a masei. Dacă urmărim timpul necesar pentru aceeași cantitate de gaz, raportul timpilor se inversează: gazul care trece mai repede are nevoie de mai puțin timp.
Ce verifici în problemă
Trebuie să comparăm aceleași cantități atunci când folosim timpi și aceleași condiții de temperatură și geometrie atunci când folosim viteze. O scurgere dintr-un recipient real poate include curgere vâscoasă, diferențe de presiune variabile și efecte ale materialului membranei. Formula simplă nu descrie automat orice pierdere de gaz.
Este greșit și să presupunem că o moleculă mai grea se mișcă întotdeauna mai lent decât fiecare moleculă ușoară. Distribuțiile se suprapun. Relația compară comportamente medii ale populațiilor, nu stabilește o cursă cu rezultat obligatoriu pentru două particule alese.
Întrebări frecvente
Dublez viteza dacă înjumătățesc masa molară?
Nu. Factorul este √2 în condiții identice. Viteza nu este invers proporțională direct cu masa molară.
Pot folosi grade Celsius în comparația energiilor?
Pentru relațiile termice ale gazelor folosim temperatura absolută, în kelvini. În legea comparativă de aici, temperaturile trebuie să fie egale.
Formula oferă o viteză în metri pe secundă?
Nu singură. Ea oferă un raport al vitezelor de efuziune. Pentru o valoare absolută sunt necesare date suplimentare despre sistem.
Continuă explorarea
Găsește alte explicații de chimie în biblioteca de învățare și în articolele publicate.
