Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

14.15: Дифузія та випіт та закон Грема

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19693

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Зазвичай ми не можемо бачити гази, тому нам потрібні методи виявлення їх руху опосередковано. Відносні швидкості дифузії аміаку до хлористого водню можна спостерігати в простому експерименті. Ватяні кульки просочуються розчинами аміаку і хлористого водню (соляної кислоти) і прикріплюються до двох різних гумових пробок. Вони одночасно підключаються до будь-якого кінця довгої скляної трубки. Пари кожного рухаються по трубці з різною швидкістю. Там, де пари зустрічаються, вони реагують, утворюючи хлорид амонію\(\left( \ce{NH_4Cl} \right)\), біле тверде тіло, яке з'являється в скляній трубці як кільце.

    Закон Грема

    Коли людина відкриває флакон парфумів в одному кутку великої кімнати, не потрібно багато часу, щоб аромат поширився по всій кімнаті. Молекули парфуму випаровуються і пар розтікається, щоб заповнити весь простір. Дифузія - це тенденція молекул до переміщення з області високої концентрації в область низької концентрації до тих пір, поки концентрація не стане однорідною. У той час як гази розсіюються досить швидко, рідини розсіюються набагато повільніше. Тверді речовини по суті не розсіюються.

    Пов'язаним процесом з дифузією є випіт. Випіт - це процес виходу замкнутого газу через крихітний отвір у його контейнері. Випіт може спостерігатися по тому, що наповнений гелієм балон перестане плавати і опуститься на підлогу через добу або близько того. Це пояснюється тим, що газ гелію витікає через крихітні пори в балоні. І дифузія, і випіт пов'язані зі швидкістю, з якою рухаються різні молекули газу. Гази, що мають нижчу молярну масу, стікають і дифузують з більш швидкою швидкістю, ніж гази, що мають більш високу молярну масу.

    Шотландський хімік Томас Грем (1805-1869) вивчав темпи випоту і дифузії газів. Закон Грема стверджує, що швидкість випоту або дифузії газу обернено пропорційна квадратному кореню молярної маси газу. Закон Грема можна зрозуміти, порівнюючи два гази (\(\ce{A}\)і\(\ce{B}\)) при однаковій температурі, тобто гази мають однакову кінетичну енергію. Кінетична енергія рухомого об'єкта задається рівнянням\(m\),\(KE = \frac{1}{2} mv^2\) де маса і\(v\) швидкість. Установка кінетичних енергій двох газів, рівних один одному, дає:

    \[\frac{1}{2} m_A v_A^2 = \frac{1}{2} m_B v_B^2\nonumber \]

    Рівняння можна переставити для вирішення для відношення швидкості газу\(\ce{A}\) до швидкості газу\(\ce{B}\)\(\left( \frac{v_A}{v_B} \right)\).

    \[\frac{v_A^2}{v_B^2} = \frac{m_B}{m_A} \: \: \: \text{which becomes} \: \: \: \frac{v_A}{v_B} = \sqrt{\frac{m_B}{m_A}}\nonumber \]

    Для цілей порівняння швидкостей випоту або дифузії двох газів при однаковій температурі молярні маси кожного газу можуть бути використані в рівнянні для\(m\).

    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Розрахуйте співвідношення швидкостей дифузії аміачного газу\(\left( \ce{NH_3} \right)\) до хлористого\(\left( \ce{HCl} \right)\) водню при однаковій температурі і тиску.

    Рішення:

    Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.
    Відомий
    • Молярна маса\(\ce{NH_3} = 17.04 \: \text{g/mol}\)
    • Молярна маса\(\ce{HCl} = 36.46 \: \text{g/mol}\)
    Невідомий

    Підставити молярні маси газів в закон Грема і вирішити для співвідношення.

    Крок 2: Вирішіть.

    \[\frac{v_{NH_3}}{v_{HCl}} = \sqrt{\frac{36.46 \: \text{g/mol}}{17.04 \: \text{g/mol}}} = 1.46\nonumber \]

    Швидкість дифузії аміаку в 1,46 рази швидше швидкості дифузії хлористого водню.

    Крок 3: Подумайте про свій результат.

    Оскільки аміак має меншу молярну масу, ніж хлористий водень, швидкість його молекул більше, а коефіцієнт швидкостей більше 1.

    Резюме

    • Дифузія - це тенденція молекул до переміщення з області високої концентрації в область низької концентрації до тих пір, поки концентрація не стане однорідною.
    • Випіт - це процес виходу замкнутого газу через крихітний отвір у його контейнері.
    • Закон Грема стверджує, що швидкість випоту або дифузії газу обернено пропорційна квадратному кореню молярної маси газу.