Compare as taxas de efusão ou difusão de dois gases usando a lei de Graham - a partir de massas molares, e resolva uma taxa ou massa molar desconhecida.
g/mol
g/mol
Lei de Graham: taxa₁/taxa₂ = √(M₂/M₁). O gás mais leve sempre emana (ou se difunde) mais rápido.
g/mol
g/mol
Resolve taxa₁ = (taxa₁/taxa₂) × taxa₂ para a taxa desconhecida do Gás 1, dadas as massas molares e a taxa conhecida do Gás 2.
A massa molar conhecida pertence a
g/mol
Resolve a massa molar do gás desconhecido a partir de uma razão de taxa medida ou dada, usando M₂ = M₁ × (taxa₁/taxa₂)² (ou o inverso para resolver M₁).
Resultado
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Insira valores para calcular.
4 min de leitura3 etapas6 termos3 exemplos6 perguntasrate1 / rate2 = √(M2 / M1)
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Etapas
Como usar esta calculadora
3 etapas▸
1
Insira ambas as massas molares
Na guia Rate Ratio, insira a massa molar do Gás 1 (M1) e do Gás 2 (M2) em g/mol. Os padrões (2 e 32 g/mol) modelam hidrogênio versus oxigênio. A calculadora é atualizada instantaneamente conforme você digita.
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Leia a relação da taxa
O cartão de resultados mostra taxa1/taxa2 — quantas vezes mais rápido (ou mais lento) o Gás 1 efunde ou se difunde em comparação ao Gás 2. Uma proporção acima de 1 significa que o Gás 1 é mais rápido; abaixo de 1 significa que o Gás 2 é mais rápido.
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Resolva para uma taxa ou massa molar
Mude para a guia Solve Rate para encontrar a taxa do Gás 1 quando você conhece a taxa do Gás 2 e ambas as massas molares. Mude para a guia Massa Molar para retirar uma massa molar desconhecida de uma razão de taxa medida.
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Referência
Fórmula e metodologia
3 fórmulas▸
Lei da efusão de Graham
rate1 / rate2 = √(M2 / M1)
A razão entre as taxas de efusão (ou difusão) de dois gases é igual à raiz quadrada da razão inversa de suas massas molares. M1 e M2 são as massas molares do Gás 1 e do Gás 2 em g/mol. O gás mais leve sempre tem a taxa mais alta porque suas moléculas se movem mais rápido na mesma temperatura.
Resolvendo para uma taxa desconhecida
rate1 = (rate1 / rate2) × rate2
Uma vez que a taxa de taxa é conhecida a partir das massas molares, multiplique-a por uma taxa conhecida para encontrar a taxa desconhecida - usada na guia Solve Rate.
Resolvendo para uma massa molar desconhecida
M2 = M1 × (rate1 / rate2)²
Reorganizar a lei de Graham permite encontrar uma massa molar desconhecida a partir de uma razão de taxa medida e uma massa molar conhecida - usada na guia Massa molar (a forma inversa, M1 = M2 / razão², resolve M1 quando M2 é conhecido).
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Glossário
Principais termos explicados
6 termos▸
Lei de GrahamUma lei dos gases que afirma que a taxa de efusão ou difusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua massa molar: taxa ∝ 1/√M.
EfusãoO processo pelo qual as moléculas de gás escapam através de um pequeno orifício para uma região de vácuo ou de baixa pressão, uma molécula de cada vez.
DifusãoO processo pelo qual as moléculas de gás se espalham e se misturam através de outro gás ou espaço, impulsionadas por movimento molecular aleatório.
Massa molarA massa de um mol de uma substância, expressa em gramas por mol (g/mol) — para um gás, é igual à soma das massas atômicas dos átomos em uma molécula.
TaxaA rapidez com que um gás se espalha ou se difunde, normalmente medida como a quantidade de gás (moles ou volume) que passa por um ponto por unidade de tempo. A lei de Graham compara as taxas como uma razão, portanto qualquer unidade consistente funciona.
Teoria cinéticaA teoria de que as moléculas de gás estão em movimento aleatório constante, com energia cinética média proporcional à temperatura - esta é a base física para explicar por que as moléculas mais leves se movem (e efundem) mais rapidamente.
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Situações comuns
Exemplos práticos
3 exemplos▸
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Estudante de química
Hidrogênio vs. oxigênio
Massa molar do Gás 1 (H₂) 2 g/molMassa molar do Gás 2 (O₂) 32 g/mol
taxa1/taxa2 = √(32/2) = √16 = 4. O hidrogênio se espalha 4 vezes mais rápido que o oxigênio porque é 16 vezes mais leve - a lei de Graham é dimensionada com a raiz quadrada da razão de massa, não com a razão em si.
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Técnico de laboratório
Resolvendo para uma taxa desconhecida
Massa molar do Gás 1 (He) 4 g/molMassa molar do Gás 2 (N₂) 28 g/molTaxa conhecida de Gás 2 1
A taxa de taxa é √(28/4) ≈ 2,65, portanto, com a taxa do Gás 2 definida como 1, a taxa do hélio chega a cerca de 2,65 - o hélio se espalha aproximadamente 2,65× mais rápido que o nitrogênio.
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Identificando um gás desconhecido
Resolvendo para massa molar
Massa molar conhecida (Gás 1) 2 g/molProporção de taxas (taxa1/taxa2) 4
Dado que o Gás 1 é hidrogênio (2 g/mol) e emana 4× mais rápido que o Gás 2, M2 = 2 × 4² = 32 g/mol - consistente com o Gás 2 sendo oxigênio, confirmando a identidade de um gás desconhecido a partir de uma medição da taxa de efusão.
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Referência
Citar esta calculadora
APA e MLA▸
Use um destes formatos para citar esta calculadora em um trabalho ou relatório.
A lei da efusão de Graham, formulada pelo químico escocês Thomas Graham em 1848, descreve uma relação simples, mas poderosa: as moléculas de gás mais leves movem-se mais rapidamente do que as mais pesadas à mesma temperatura, e efundem-se ou difundem-se proporcionalmente mais rapidamente. Esta calculadora aplica essa relação para comparar dois gases, resolver uma taxa desconhecida ou retornar uma massa molar desconhecida.
Como funciona a lei de Graham
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A uma determinada temperatura, todas as moléculas de gás partilham a mesma energia cinética média: KE = ½mv². Como a energia cinética é fixa, uma molécula mais leve (menor m) deve se mover com uma velocidade média (v) maior para equilibrar a equação. Reorganizar a relação energia cinética para dois gases à mesma temperatura dá a lei de Graham: taxa1/taxa2 = √(M2/M1). A razão da taxa depende da raiz quadrada da razão inversa da massa, não da razão da massa em si - um gás que é 4x mais leve emana apenas 2x mais rápido, e não 4x mais rápido.
Entradas e o que elas significam
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A guia Rate Ratio pega as massas molares de dois gases em gramas por mol (g/mol) e retorna quantas vezes mais rápido ou mais lento o Gás 1 se move em relação ao Gás 2. A guia Solve Rate adiciona uma taxa conhecida para o Gás 2, permitindo calcular a taxa real do Gás 1 em vez de apenas a proporção. A guia Massa molar funciona ao contrário: dada uma massa molar conhecida e uma razão de taxa medida, ela resolve a massa molar do gás desconhecido — uma técnica comum para identificar um gás desconhecido em um ambiente de laboratório.
Limites e casos extremos
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A lei de Graham aplica-se estritamente à efusão através de um pequeno orifício no vácuo e, como aproximação, à difusão sob condições semelhantes - ela assume o comportamento de um gás ideal e que ambos os gases estão à mesma temperatura e pressão. Ele se decompõe em pressões muito altas ou baixas temperaturas, onde os efeitos do gás real (forças intermoleculares, volume molecular) tornam-se significativos. A lei compara apenas as taxas relativas de dois gases; por si só, não fornece uma taxa de efusão absoluta em unidades físicas como moles por segundo - para isso, uma taxa para um gás deve ser medida ou fornecida.
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Perguntas
Perguntas frequentes
6 perguntas▸
Qual é a fórmula da lei de Graham?+
A lei de Graham afirma taxa1/taxa2 = √(M2/M1), onde M1 e M2 são as massas molares dos dois gases. O gás com a massa molar mais baixa tem a maior taxa de efusão ou difusão, e a razão é dimensionada com a raiz quadrada da razão inversa da massa.
Um gás mais leve sempre exala mais rápido?+
Sim. À mesma temperatura, todas as moléculas de gás têm a mesma energia cinética média, pelo que uma molécula mais leve deve mover-se mais rapidamente para compensar a sua menor massa. Massa molar mais baixa sempre significa uma taxa de efusão e difusão mais alta de acordo com a lei de Graham.
Qual é a diferença entre efusão e difusão?+
A efusão é o gás que escapa através de um pequeno orifício para um vácuo ou região de baixa pressão, uma molécula de cada vez. A difusão é o gás que se espalha e se mistura através de outro gás ou espaço aberto. A lei de Graham foi originalmente derivada para efusão, mas também é comumente aplicada como uma aproximação aproximada para difusão.
Por que o hidrogênio se espalha 4 vezes mais rápido que o oxigênio?+
O hidrogênio (2 g/mol) é 16 vezes mais leve que o oxigênio (32 g/mol). A lei de Graham usa a raiz quadrada dessa proporção de massa: √16 = 4, então o hidrogênio se espalha 4 vezes mais rápido que o oxigênio - e não 16 vezes mais rápido, porque a relação é de raiz quadrada, não uma proporção direta.
Posso usar esta calculadora para encontrar a massa molar de um gás desconhecido?+
Sim. Use a guia Massa molar: insira uma massa molar conhecida para um gás e a razão de taxa medida entre ele e o gás desconhecido, e a calculadora resolve a massa molar do gás desconhecido — um método padrão para identificar gases em um laboratório.
Quais unidades a calculadora espera?+
As massas molares são inseridas em gramas por mol (g/mol). As taxas na guia Taxa de resolução podem estar em qualquer unidade consistente (moles/segundo, volume/segundo, etc.), já que a lei de Graham compara apenas uma proporção — a taxa de saída da calculadora estará na mesma unidade que você inseriu para a taxa conhecida.
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