قانون جراهام لانتشار الغازات، قد قام العالم الاسكتلندي ( توماس جراهام ) بكثير من الدراسات الخاصة بعلم الغازات الذي استطاع أن يتفوق فيه بجدارة، وقام بعمل دراسته الشهيرة على انتشار الغازات وهذا كان في القرن 19 تحديدًا في فترة الأربعينات، وهذه الدراسة بخصوص قياس معدلات سرعة التدفق ( flow velocity rates )، والتدفق يعني العملية التي من خلالها يستطيع الغاز التسرب من خلال فتحه صغيرة في الوعاء الذي يحتوي على الغاز، ونتيجة إجراء هذه التجربة لاحظ العالم أن الغازات التي لها كتلة مولية قليلة تتدفق أسرع من التي الغازات التي لها كتلة أعلى.
قانون جراهام
هذا القانون يعرف أيضًا باسم ( قانون جراهام للانصباب ) الذي كتبه العالم توماس جراهام عام 1848 ميلاديًا، وبعدها أجرى تجربته على عملية الانصباب.
ونتج عن هذه التجارب اكتشاف ميزة جديدة وهي ( الجزيئات الأخف في الوزن سرعة نقلها أكبر من الجزيئات الأثقل ).
تبعًا لقانون العالم جراهام للانتشار وجد أنه في عند ثبات ضغط ودرجة الحرارة فإن الذرات التي كتلتها الجزيئية منخفضة ستعمل أسرع من تلك التي لها كتلة جزيئية مرتفعة.
واكتشف العالم معدل هروبهم عن طريق خاصية الانتشار، أو معدل انصباب الغاز يتناسب بشكل عكسي مع الجذر التربيعية للكتلة الجزيئية للغاز، وهذه الصيغة تستخدم بشكل عام عند المقارنة بين معدلات أي غازين مختلفين لهما ضغط ودرجة حرارة متساويين.
الصيغة العامة لقانون الانتشار لجراهام
يتم استخدام الصيغة العامة لقانون الانتشار للعالم جراهام عند المقارنة بين معدلات التدفق والانتشار لكافة الغازات تحديدًا في حالة ما كانت درجة الحرارة والضغط لهما متساويين، ويتم توضيح الصيغة كما يلي:
معدل انتشار الغازات ∝ 1 / ( الكتلة المولية للغازات ) √
ويتم توضيح هذا القانون بالرموز كما يلي:
م ∝ 1 / ( ك ) √
وفي حالة وضع مقارنة بين كل من معدل انتشار غازين مختلفين تكون العلاقة كما يلي:
معدل انتشار الغاز1/ معدل انتشار الغاز2 = (الكتلة المولية للغاز1) √/ (الكتلة المولية للغاز2 √ (
ويتم توضيح ذلك بالرموز كما يلي:
م1/ م2 = ك1√/ ك2√
حيث نجد التالي:
- م١: يرمز ذلك لمعدل انتشار أول غاز في الوسط.
- م٢: يكون ذلك اختصار لمعدل انتشار ثاني غار في الوسط.
- ك١: اختصار للكتلة المولية لأول غاز، ويتم قياسها بوحدة: الجرام/ المول.
- ك٢: وهذا يعني الكتلة المولية الخاصة بثاني غاز، ويتم قياسها بوحدة الجرام/ مول.
مثال على قانون جراهام للانتشار
عند تطبيق قانون انتشار الغازات الخاص بالعالم جراهام على انتشار كل من: غاز الهيدروجين، وغاز الأكسجين النافذين بواسطة ثقب ما يتم تحديده، يتم التوصل للمعادلة التالية بالنص التالي:
سرعة الغاز الأول ( الهيدروجين ) على سرعة الغاز الثاني ( الأكسجين )
تساوي الجذر لعملية قسمة كثافة الغاز الثاني ( الأكسجين ) على كثافة الغاز الأول ( الهيدروجين )
تساوي الجذر لعملية قسمة الكتلة المولية للغاز الثاني ( الأكسجين ) على الكتلة المولية للغاز الأول ( الهيدروجين ).
العلاقة بين الانتشار وزمن الانتشار
عند انتشار حجم محدد من أي غاز فهذا يستغرق وقت معين، فنجد أن سرعة الانتشار لأي غاز في درجة حرارة محددة وكذلك ضغط محدد يتناسب بشكل عكسي مع الزمن الخاص بعملية انتشار الغازات أي أنه عند زيادة السرعة قل زمن الانتشار.
حيث نجد أن ( t1 )، ( t2 ) هي الأزمان الخاصة بانتشار كل من الغازين على التوالي .
