نفوذ مولکولی

نفوذ مولکولی در شیمی فرآیندی است که در آن مولکول ها از میان یک حفره بدون این که با یکدیگر برخوردی داشته باشند، به طور مستقیم و انفرادی عبور می کنند.

بر طبق قانون نفوذ مولکولی گراهام، سرعت نفوذ گازها (تعداد مولکول های عبور کرده از حفره در ثانیه) به وزن مولکولی گاز ها بستگی دارد. در واقع گازهایی که وزن مولکولی کم تری دارند سریع تر از گازهایی که وزن بیشتری دارند، از درون حفره عبور می کنند.

جذر میانگین مجذور سرعت مولکولی ( V_rms ) هر گازی می تواند با بکار گیری معادله ی زیر بدست آید:

در جایی که K_B ، ثابت بولتزمن می باشد. بنابراین مولکول های سبک تر ، سرعت بالاتری دارند.

قانون گراهام که به عنوان قانون نفوذ مولکولی گراهام ثبت گردیده، توسط شیمی فیزیکدان اسکاتلندی به نام توماس گراهام ( Thomas Graham ) فرمول بندی شده است.

گراهام به طور تجربی دریافت که سرعت نفوذ گاز با جذر وزن مولکولی گاز، به طور معکوس متناسب است.

در جایی که Rate₁، سرعت نفوذ اولین گاز، Rate₂ سرعت نفوذ برای دومین گاز، M₁ وزن مولکولی گاز اول و M₂ وزن مولکولی گاز دوم است. تئوری کامل تری از قانون گراهام سال ها بعد به صورت تئوری سینتیکی و جنبشی گازها ارائه شد.

قانون گراهام در واقع اساس و پایه ای را برای تفکیک ایزوتوپ ها به وسیله ی نفوذ مولکولی، فراهم آورده است که این روش می تواند نقش بسیار سخت و بحرانی ای را در توسعه ی بمب اتمی ارائه دهد ( مبنایی برای تفکیک ایزوتوپ ²³⁵U از ²³⁸U ).

مثال:

اگر گاز اول، هیدروژن و گاز دوم، اکسیژن باشد بنابر رابطه ی قانون گراهام:

بنابراین مولکول های هیدروژن 4 برابر سریع تر از مولکول های اکسیژن نفوذ می کنند.

جهت یادگیری بیشتر آزمایش زیر را انجام دهید.

دستورالعمل:

گروه مدرسه اینترنتی سایت تبیان

تهیه و تنظیم : طیبه موسیوند