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In mwcachimica fisica, l'mwcqeffusione è il processo tramite il quale le mwcgmolecole mwcwgassose attraversano un foro sottile senza collidere fra loro. Ciò avviene quando il diametro del foro è considerevolmente più piccolo del mwdacammino libero medio delle molecole.cite-ref-1[1] Questo fenomeno è governato dalla mweqlegge di Graham, che afferma che le velocità di effusione di due gas diversi sono inversamente proporzionali ai loro rispettivi mwegpesi molecolari:

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

L'effusione può essere sfruttata per separare mwfwcomposti chimici formati da mwgaisotopi diversi di uno stesso elemento. Classico esempio è quello rappresentato dalla separazione dell'isotopo 235 dell'mwgquranio dall'isotopo 238 facendo passare l'mwggesafluoruro di uranio attraverso un setto poroso, processo utile per l'mwgwarricchimento dell'uranio. L'effusione viene inoltre utilizzata nel metodo Knudsen per la determinazione della mwhapressione di vapore delle sostanze.cite-ref-2[2]cite-ref-3[3]

• Flusso molecolare

• Note

• Bibliografia

• Voci correlate

Il mwkaflusso di molecole che attraversano il foro corrisponde al numero di molecole che collidono l'unità di mwkqarea ogni mwkgsecondo.cite-ref-4[4] Partendo da questo assunto, il flusso risulta essere espresso dall'equazione

mwmq Φ Φ = 1 4 n ⟨ ⟨ v ⟩ ⟩ {\displaystyle \Phi ={\frac {1}{4}}n\langle v\rangle }

dove mwmw n {\displaystyle n} è il numero di molecole per unità di mwnavolume e mwnq ⟨ ⟨ v ⟩ ⟩ {\displaystyle \langle v\rangle } è la mwngvelocità media delle molecole. Usando la mwnwlegge dei gas perfetti nella forma mwoa p = n k B T {\displaystyle p=nk_{B}T} è possibile ricavare mwoq n {\displaystyle n} , mentre il mwogvalore atteso della velocità media è fornito dalla mwowdistribuzione di Maxwell-Boltzmann e consiste in

mwpg ⟨ ⟨ v ⟩ ⟩ = 8 k B T π π m {\displaystyle \langle v\rangle ={\sqrt {\frac {8k_{B}T}{\pi m}}}}

ricordando che mwqa k B {\displaystyle k_{B}} è la mwqqcostante di Boltzmann, mwqg T {\displaystyle T} la mwqwtemperatura assoluta ed mwra m {\displaystyle m} la mwrqmassa. Quindi, esplicitando adesso l'equazione iniziale che esprime il flusso molecolare, si ottiene infine

mwsa Φ Φ = p 2 π π m k B T {\displaystyle \Phi ={\frac {p}{\sqrt {2\pi mk_{B}T}}}}

dove si evince, ad una data temperatura, che il flusso è direttamente proporzionale alla mwsgpressione e inversamente proporzionale alla mwswradice quadrata della massa delle molecole.

Una considerazione importante da notare, legata al fatto che le molecole più veloci hanno una probabilità maggiore di raggiungere il foro rispetto a quelle più lente, consiste nel valore di velocità media più elevato posseduto dalle molecole che effondono rispetto a quelle che restano rinchiuse.cite-ref-5[5]

cite-note-11. ↑ mwvwK.J. Laidler e J.H. Meiser, mwwamwwqPhysical Chemistry, Benjamin/Cummings, 1982, p.mwwg mwww18.

cite-note-22. ↑ mwxwMark A. Goodman, mwyamwyqVapor Pressure of Agrochemicals by the Knudsen Effusion Method Using a Quartz Crystal Microbalance, in mwygJ. Chem. Eng. Data, vol.mwyw 42, n.mwza 6, 1997, pp.mwzq 1227-1231, mwzgDOI:mwzw10.1021/je970111m.

cite-note-33. ↑ mwaw(mwbamwbqEN) Robert E. Harris e Michael Greenlief, mwbgmwbwVapor Pressure of a Solid by Knudsen Effusion (mwcamwcqPDF), su mwcgfaculty.missouri.edu, mwcwUniversità del Missouri. mwdaURL consultato il 16 febbraio 2016 mwdq(archiviato dall'mwdgurl originale il 23 febbraio 2016).

cite-note-44. ↑ mwegmwewBlundell,mwfa p. 63.

cite-note-55. ↑ mwgamwgqBlundell,mwgg p. 64.

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

• mwiqDiffusione di materia

• mwiwLegge di Graham