Grahams Gesetz

Grahams Forschung zur Diffusion von Gasen wurde durch seine Lektüre über die Beobachtung des deutschen Chemikers Johann Döbereiner ausgelöst, dass Wasserstoffgas schneller aus einem kleinen Riss in einer Glasflasche diffundierte als die umgebende Luft, um es zu ersetzen. Graham maß die Diffusionsrate von Gasen durch Gipsstopfen, durch sehr feine Rohre und durch kleine Öffnungen. Auf diese Weise verlangsamte er den Prozess, so dass er quantitativ untersucht werden konnte., Er erklärte zuerst in 1831, dass die Ergussrate eines Gases umgekehrt proportional zur Quadratwurzel seiner Dichte ist, und später in 1848 zeigte, dass diese Rate umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Molmasse ist. Graham fuhr fort, die Diffusion von Substanzen in Lösung zu untersuchen und dabei die Entdeckung zu machen, dass einige scheinbare Lösungen tatsächlich Suspensionen von Partikeln sind, die zu groß sind, um einen Pergamentfilter zu passieren. Er nannte diese Materialien Kolloide, ein Begriff, der gekommen ist, um eine wichtige Klasse von fein geteilten Materialien zu bezeichnen.,

Um die Zeit Graham tat seine Arbeit, das Konzept des Molekulargewichts wurde weitgehend durch die Messungen von Gasen etabliert. Daniel Bernoulli schlug 1738 in seinem Buch Hydrodynamica vor, dass die Wärme proportional zur Geschwindigkeit und damit zur kinetischen Energie von Gaspartikeln zunimmt. Der italienische Physiker Amedeo Avogadro schlug 1811 auch vor, dass gleiche Mengen verschiedener Gase dieselbe Anzahl von Molekülen enthalten. Somit sind die relativen Molekulargewichte von zwei Gasen gleich dem Verhältnis von Gewichten gleicher Volumina der Gase., Avogadros Einsicht zusammen mit anderen Studien des Gasverhaltens lieferte eine Grundlage für spätere theoretische Arbeiten des schottischen Physikers James Clerk Maxwell, um die Eigenschaften von Gasen als Sammlungen kleiner Teilchen zu erklären, die sich durch weitgehend leeren Raum bewegen.

Der vielleicht größte Erfolg der kinetischen Theorie der Gase, wie sie genannt wurde, war die Entdeckung, dass für Gase die auf der Kelvin-Temperaturskala (absolut) gemessene Temperatur direkt proportional zur durchschnittlichen kinetischen Energie der Gasmoleküle ist., Grahams Diffusionsgesetz könnte somit als Folge der Gleichheit der molekularen kinetischen Energien bei gleicher Temperatur verstanden werden.,frac {1}{2}}m_{\rm {H_{2}}}v_{\rm {H_{2}}}^{2}={\frac {1}{2}}m_{\rm {O_{2}}}v_{\rm {O_{2}}}^{2}}

, das vereinfacht und neu angeordnet werden kann:

v H 2 2 v O 2 2 = m O 2 m H 2 {\displaystyle {\frac {v_{\rm {H_{2}}}^{2}}{v_ {\rm {O_{2}}}^{2}}}={\frac {m_{\rm {O_{2}}}}{m_{\rm {H_{2}}}}}}

oder:

v H 2 v O 2 = m O 2 m H 2 {\displaystyle {\frac {v_{\rm {H_{2}}} {v_{\rm {O_{2}}}}}={\sqrt {\frac {m_{\rm {O_{2}}}}{m_{\rm {H_{2}}}}}}}

Ergo erscheint Grahams Gesetz, wenn es das System auf den Durchgang von Partikeln durch ein Gebiet beschränkt, wie am Anfang dieses Artikels geschrieben.,