قانون جراهام للانتشار

الغازات

الغازات من أهم حالات المادة التي يتم تدريسها سواء في الفيزياء أو الكيمياء ولكن الغازات شئ مهم جدا خاصة في الكيمياء الهندسية فكلنا نتعامل مع الغازات ونستخدمها لذلك يجب ان نفهم وندرك خواص هذه الغازات وكيف تنتشر سواء بسرعة أو ببطء وما هي العوامل التي تساعد على انتشار الغازات بالإضافة الى الصيغة الرياضية التي ستساعدنا على فهم انتشار الغازات ولكن كل ذلك لم يكن شيئا قبل العالم الاسكتلندي توماس جراهام والذي اكتشف قانون الانتشار وهو ما سنتعرف عليه في باقي المقال .

قانون غراهام للانتشار

لقد قام العالم الاسكتلندي توماس جراهام ( بالانجليزية : Thomas Graham) بالعديد من الدراسات في علم الغازات وهو العلم المفضل له والذي برع فيه ، وقام جراهام بعمل دراسة على انتشار الغازات وكان ذلك في العقود الوسطى من القرن التاسع عشر بالتحديد في فترة الأربعينات ، وكانت الدراسة عبارة عن قياس معدلات سرعة التدفق (بالانجليزية : flow velocity rates). ولمن لا يعرف معنى التدفق ، التدفق : هو عبارة عن عملية تمكن الغاز من التسرب عن طريق فتحة صغيرة جدا في الوعاء الحاوي لهذا الغاز وقد لاحظ توماس ان الغازات ذات الكتلة المولية الاقل تتدفق بشكل أسرع من الغازات الأعلى من حيث الكتلة المولية .

ودرس جراهام سرعة انتشار عدد من الغازات تحت نفس الضغط ودرجة الحرارة ومن هذه الدراسة تمكن من التعبير عن قانون جراهام للتدفق .

نص قانون جراهام

ينص قانون غراهام للانتشار على أن " معدل سرعة انتشار الغاز تتناسب عكسيا مع الجذر التربيعي الكتلة المولارية للغاز "

وبمقارنة بالونين أحدهما مملوء بالهيليوم والآخر مملوء بالهواء . وتوجد ثقوب دقيقة في البالون ، نجد أن البالون الممتلئ بالهواء يظل منتفخا لمدة اطول لان المكوناس الاساسية للهواء ، وهي جزيئات الاكسجين والنيتروجين اكبر في الكتلة من ذرات الهيليوم وتتحرك جسيمات الهواء ببطء أكبر ، ولهذا فهي تنتشر وتتدفق ببطء أكثر من ذرات الهيليوم ويمكن وضع قانون جراهام بين غازين A, B في الصورة الرياضية الآتية :

تطبيق قانون جراهام

تتمثل إحدى طرق تطبيق قانون جراهام في تحديد ما إذا كان أحد أنواع الغاز يطرد أسرع أو أبطأ من نوع آخر ، وتحديد فرق السعر.

على سبيل المثال ، إذا كنت تريد مقارنة معدل تدفق الهيدروجين (H 2) والأكسجين (O 2) ، فاستخدم الكتلة المولية للغاز (الهيدروجين 2 والأكسجين 32 ، أي الكتلة الذرية مضروبة في 2 لأن كل جزيء يحتوي على ذرتين) وعكسهما:

نسبة H 2 / نسبة O 2 = 32 1/2 / 2 1/2 = 16 1/2 / 1 1/2 = 4/1