La ley de graham
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 11 de noviembre de 2019; las comprobaciones requieren 2 ediciones .La ley de Graham (también conocida como ley de efusión , ley de Graham (incorrecta)) [1] es la ley de la velocidad relativa de la salida de diferentes gases a través de una superficie porosa o membrana artificial en las mismas condiciones. Descubierto en 1829 por el químico escocés Thomas Graham .
Contenido de la ley
La efusión es el flujo lento de gases a través de pequeños orificios (a menudo microscópicos), como varios materiales porosos, en los que las moléculas individuales pasan a través del orificio sin chocar entre sí. Esto ocurre si el diámetro del agujero es significativamente más pequeño que el camino libre medio de las moléculas. En 1829, Thomas Graham llevó a cabo una serie de experimentos de efusión y descubrió que, a temperatura y presión constantes, la tasa de salida del gas r es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la densidad del gas d :
donde k es una constante.
Por lo tanto, cuanto mayor sea la densidad del gas, menor será la tasa de efusión (a temperatura y presión constantes). La constante k (en el lado derecho de la ecuación anterior) en igualdad de condiciones es aproximadamente la misma para todos los gases. Como se deduce de la ecuación de estado del gas ideal , a temperatura y presión constantes, la densidad de un gas es proporcional a su masa molar M. En base a esto, se puede reescribir la ecuación de la ley de Graham para dos gases diferentes de la siguiente manera:
donde r 1 y r 2 son las tasas de salida del primer y segundo gas, respectivamente, M 1 y M 2 son sus masas molares . Así, otra formulación de la ley de Graham establece que la tasa de efusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la masa molar (la masa de sus moléculas).
Así, si el peso molecular de un gas es cuatro veces el del otro, entonces se difundiría a través de una superficie porosa o membrana a la mitad de la velocidad del otro. Unos años más tarde , la teoría cinética molecular dio una explicación teórica completa de la ley de Graham .
Aplicación práctica
La ley de Graham explica por qué los globos llenos de helio pierden volumen al poco tiempo, a diferencia de los que están llenos de aire. El helio ligero, que tiene un peso molecular relativo de 4, penetra a través de los poros del caucho aproximadamente 2,7 veces más rápido que el aire (una mezcla predominantemente de nitrógeno y oxígeno, peso molecular medio relativo de 29). Los globos hechos de película de poliéster metalizado con poros significativamente más pequeños pueden contener helio durante varias semanas.
La salida de aire a través de los materiales de la nave espacial debe tenerse en cuenta al planificar vuelos de larga duración: por ejemplo, la renovación de los suministros de aire a bordo de la Estación Espacial Internacional se lleva a cabo con la ayuda de los buques de carga de transporte Progress .
La ley de Graham es la base de la atmólisis , el proceso de separación de una mezcla de gases que tienen densidades desiguales al pasarlos repetidamente a través de un material poroso (método de difusión de gases). La atmólisis se utilizó por primera vez a escala industrial para la separación de isótopos en el proceso de enriquecimiento de uranio de EE. UU . Durante la implementación del Proyecto Manhattan en 1942 en la ciudad de Oak Ridge , se construyó una instalación de 600 etapas para la difusión gaseosa de hexafluoruros de uranio de uranio volátil UF 6 a través de un tabique poroso. El uranio natural es una mezcla de isótopos de 0,7% 235 U y 99,3% 238 U. Solo el primer isótopo podría usarse para fabricar bombas atómicas y combustible nuclear para reactores . La relación de densidad de estos dos hexafluoruros es 349:352. El hexafluoruro más ligero 235 UF 6 se difunde solo 1,004 veces más rápido que el otro isótopo hexafluoruro. Por lo tanto, una mezcla de gases que pasa a través de un tabique poroso está ligeramente enriquecida en hexafluoruro 235 UF 6 . Para lograr un enriquecimiento significativo de la mezcla de gases con el isótopo requerido, este procedimiento debe repetirse miles de veces. En la Unión Soviética, se utilizó otro método, que consume menos energía, para separar los hexafluoruros de uranio volátiles UF 6 , utilizando centrífugas de gas .
Notas
- ↑ Pronunciar nombres - Pronunciar Graham, Cómo pronunciar Graham, Cómo pronunciar el nombre Graham, Pronunciación de Graham, cómo decir Graham, cómo decir el nombre Graham . Consultado el 21 de febrero de 2013. Archivado desde el original el 18 de marzo de 2013.