Efuziune

Imagine care arată diferența dintre revărsat și difuzie : în stânga este afișat revărsatul, în timp ce în dreapta vedem difuzia printr-o gaură al cărei diametru permite curgerea simultană a mai multor particule.

În chimia fizică , revărsatul este procesul prin care moleculele de gaz trec printr-o gaură subțire fără a se ciocni una de alta. Acest lucru se întâmplă atunci când diametrul găurii este considerabil mai mic decât calea liberă medie a moleculelor. ^[1] Acest fenomen este guvernat de legea lui Graham , care afirmă că ratele de revărsare a două gaze diferite sunt invers proporționale cu greutățile lor moleculare respective:

{{\mbox{V}}_{1} \over {\mbox{V}}_{2}}={\sqrt {M_{2} \over M_{1}}}

{\ displaystyle {{\ mbox {V}} _ {1} \ over {\ mbox {V}} _ {2}} = {\ sqrt {M_ {2} \ over M_ {1}}}}

{\ displaystyle {{\ mbox {V}} _ {1} \ over {\ mbox {V}} _ {2}} = {\ sqrt {M_ {2} \ over M_ {1}}}}

Revărsatul poate fi exploatat pentru a separa compușii chimici formați din izotopi diferiți ai aceluiași element. Un exemplu clasic este cel reprezentat de separarea izotopului 235 de uraniu de izotopul 238 prin trecerea hexafluorurii de uraniu printr-un sept poros, proces util pentru îmbogățirea uraniului . Revărsarea este utilizată și în metoda Knudsen pentru determinarea presiunii de vapori a substanțelor. ^[2] ^[3]

Fluxul molecular

Fluxul de molecule care trece prin gaură corespunde numărului de molecule care ciocnesc unitatea de zonă în fiecare secundă . ^[4] Pornind de la această ipoteză, fluxul este exprimat prin ecuație

\Phi ={\frac {1}{4}}n\langle v\rangle

{\ displaystyle \ Phi = {\ frac {1} {4}} n \ langle v \ rangle}

{\ displaystyle \ Phi = {\ frac {1} {4}} n \ langle v \ rangle}

unde este $n$ ${\ displaystyle n}$ $n$ este numărul de molecule pe unitate de volum e $\langle v\rangle$ ${\ displaystyle \ langle v \ rangle}$ ${\ displaystyle \ langle v \ rangle}$ este viteza medie a moleculelor. Folosind legea gazelor perfecte sub formă $p=nk_{B}T$ ${\ displaystyle p = nk_ {B} T}$ $p = nk_ {B} T$ este posibil să derivăm $n$ ${\ displaystyle n}$ $n$ , în timp ce valoarea așteptată a vitezei medii este dată de distribuția Maxwell-Boltzmann și constă din

\langle v\rangle ={\sqrt {\frac {8k_{B}T}{\pi m}}}

{\ displaystyle \ langle v \ rangle = {\ sqrt {\ frac {8k_ {B} T} {\ pi m}}}}

{\ displaystyle \ langle v \ rangle = {\ sqrt {\ frac {8k_ {B} T} {\ pi m}}}}

amintindu-mi că $k_{B}$ ${\ displaystyle k_ {B}}$ $k_ {B}$ este constanta lui Boltzmann , $T.$ ${\ displaystyle T}$ $T.$ temperatura absolută și $m$ ${\ displaystyle m}$ $m$ masa . Prin urmare, explicând acum ecuația inițială care exprimă fluxul molecular, obținem în cele din urmă

\Phi ={\frac {p}{\sqrt {2\pi mk_{B}T}}}

{\ displaystyle \ Phi = {\ frac {p} {\ sqrt {2 \ pi mk_ {B} T}}}}

{\ displaystyle \ Phi = {\ frac {p} {\ sqrt {2 \ pi mk_ {B} T}}}}

unde este clar, la o anumită temperatură, că debitul este direct proporțional cu presiunea și invers proporțional cu rădăcina pătrată a masei moleculelor.

O considerație importantă de remarcat, legată de faptul că moleculele mai rapide au o probabilitate mai mare de a ajunge în gaură decât cele mai lente, este valoarea medie a vitezei mai mare pe care o posedă moleculele care se revarsă în comparație cu cele care rămân închise. ^[5]

Notă

^ KJ Laidler și JH Meiser, Chimie fizică , Benjamin / Cummings, 1982, p. 18.
^ Mark A. Goodman, Vapor Pressure of Agrochemicals by the Knudsen Effusion Method Using a Quartz Crystal Microbalance , în J. Chem. Eng. Data , vol. 42, n. 6, 1997, pp. 1227–1231, DOI : 10.1021 / je970111m .
^ (EN) Robert E. Harris și Michael Greenlief, Vapor Pressure of a Solid by Knudsen Effusion (PDF) pe faculty.missouri.edu, Universitatea din Missouri . Adus la 16 februarie 2016 (arhivat din original la 23 februarie 2016) .
^ Blundell , p.63
^ Blundell , p.64

Bibliografie

Stephen J. Blundell și Katherine M. Blundell, Concepts in Thermal Physics , Oxford University Press, 2006, ISBN 0–19–856769–3 .

Elemente conexe

Portalul chimiei

Portalul de fizică

[1] KJ Laidler și JH Meiser, Chimie fizică , Benjamin / Cummings, 1982, p. 18.

[2] Mark A. Goodman, Vapor Pressure of Agrochemicals by the Knudsen Effusion Method Using a Quartz Crystal Microbalance , în J. Chem. Eng. Data , vol. 42, n. 6, 1997, pp. 1227–1231, DOI : 10.1021 / je970111m .

[3] (EN) Robert E. Harris și Michael Greenlief, Vapor Pressure of a Solid by Knudsen Effusion (PDF) pe faculty.missouri.edu, Universitatea din Missouri . Adus la 16 februarie 2016 (arhivat din original la 23 februarie 2016) .

[4] Blundell , p.63

[5] Blundell , p.64

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]