Grahams Gesetz • James Trefil, Enzyklopädie "Zweihundert Gesetze des Universums"

Grahams Gesetz

Effusion ist der Prozess des langsamen Gasausflusses durch kleine (oft mikroskopische) Löcher. Sie trafen auf die Wirkung von Ergüssen, als Sie am Morgen nach der Geburtstagsfeier plötzlich entdeckten, dass mit Helium gefüllte Ballons am Vorabend weggeblasen wurden. Während Sie schliefen, strömten mikroskopisch kleine Heliumporen aus den Kugeln.

1829 führte Thomas Graham eine Reihe von Ergussexperimenten durch und fand bei konstanter Temperatur und konstantem Druck die Geschwindigkeit des Gasflusses r umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Gasdichte d. In Bezug auf die Gleichungen sieht es so aus:

wo k – Konstante. Mit anderen Worten, je höher die Dichte des Gases bei konstanter Temperatur und konstantem Druck ist, desto niedriger ist die Effusionsrate. Das Erstaunlichste an Grahams Gesetz ist vielleicht die Konstante k (auf der rechten Seite der obigen Gleichung) unter gleichen Bedingungen ist ungefähr das gleiche für alle Gase.

Wie wir aus den Gesetzen eines idealen Gases bei konstanter Temperatur und konstantem Druck wissen, ist die Dichte eines Gases proportional zu seiner relativen Molekülmasse. M. Auf dieser Grundlage können Sie die Gleichung des Grahamschen Gesetzes wie folgt umschreiben:

Nun können wir das Gesetz über die relative Strömungsrate verschiedener Gase aus identischen Gefäßen formulieren: Je kleiner die relative Molekülmasse des Gases ist, desto höher ist die Effusionsrate. Aus diesem Grund wird ein mit Helium gefüllter Gummiballon (mit einem relativen Molekulargewicht von 4) über Nacht weggeblasen, wenn jedoch derselbe Ballon mit Luft gefüllt ist, dh eine Mischung aus hauptsächlich Stickstoff (relatives Molekulargewicht 28) und Sauerstoff (relatives Molekulargewicht 32), es wird für mehrere Tage aufgeblasen bleiben. (Ballons aus metallisiertem Film, die deutlich kleinere Poren als Gummi haben, können Helium für mehrere Wochen halten.)

Dies mag unerwartet erscheinen, aber Grahams Gesetz hat Anwendung bei der Konstruktion von Raumschiffen gefunden, die für die langfristige Präsenz des Menschen im Weltraum bestimmt sind. Das Schiff ist natürlich anders als der Ballon, aber mit der Zeit sickert die Luft durch das Material, aus dem der Körper besteht, so wie es durch die Hülle des Balls sickert. Vielleicht ist das nicht die Hauptsorge derer, die über die Zukunft der Menschheit im Weltraum nachdenken, aber am Ende wird dies zu berücksichtigen sein,zum Beispiel, erfinden ein Verfahren, um Gase direkt an Bord des Schiffes zu erhalten, um den Verlust in den luftlosen Raum zu kompensieren.

Thomas GRAHAM
Thomas Graham, 1805-69

Schottischer Chemiker. Geboren in Glasgow in die Familie eines erfolgreichen Herstellers. Entgegen dem Willen seines Vaters, der seinen Sohn einen Priester sehen wollte, beschloss er, Chemie zu studieren. Nach seinem Studium an der Universität von Glasgow arbeitete er in verschiedenen wissenschaftlichen Einrichtungen (sogar, wie einst Isaac Newton, der Direktor der Münzanstalt). Thomas Graham ist in der wissenschaftlichen Welt als der Begründer der Kolloidchemie bekannt (Kolloide sind so etwas wie Lösungen, in denen Teilchen viel größer sind als Moleküle).


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