Page 239 - Quimica - Undécima Edición

5.7 Teoría cinética molecular de los gases 209

Figura 5.20 Demostración de la
difusión de los gases. El NH 3
gaseoso (en una botella que
contiene amoniaco acuoso) se
combina con HCl gaseoso (en una
botella que contiene ácido
clorhídrico) para formar NH 4 Cl
sólido. Debido a que el NH 3 es
más ligero y, por lo tanto, se
difunde con más rapidez, el NH 4 Cl
sólido aparece primero junto a la
botella de HCl (a la derecha).

mayor que la de un gas más pesado (vea el ejemplo 5.16), un gas más ligero se difundi-
rá a través de cierto espacio más rápido que un gas más pesado. En la fi gura 5.20 se
ilustra la difusión gaseosa.
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En 1832, el químico escocés Thomas Graham encontró que bajo las mismas condi-
ciones de temperatura y presión, las velocidades de difusión de los gases son inversamen-
te proporcionales a las raíces cuadradas de sus masas molares. Este precepto, conocido
como la ley de la difusión de Graham , se expresa matemáticamente como

r 1 m 2
5 1 . 5 ( ) 7
r 2 Bm 1
donde r 1 y r 2 son las velocidades de difusión de los gases 1 y 2, y m 1 y m 2 son sus ma-
sas molares, respectivamente.

Efusión de los gases
Si bien la difusión es un proceso mediante el cual un gas se mezcla gradualmente con
otro, la efusión es el proceso mediante el cual un gas bajo presión se escapa de un com-
partimiento de un contenedor a otro atravesando por un pequeño orifi cio. En la fi gura
5.21 se muestra la efusión de un gas hacia el vacío. Aunque la efusión difi ere en natura-
leza de la difusión, la velocidad de efusión de un gas tiene la misma forma que la ley de
difusión de Graham [vea la ecuación (5.17)]. Un globo de hule lleno de helio se desinfl a
más rápido que uno lleno de aire debido a que la velocidad de efusión a través de los
poros del hule es más rápida para los átomos más ligeros del helio que para las moléculas
de aire. Industrialmente, la efusión de un gas se utiliza para separar los isótopos de uranio
en las formas de 235 UF 6 y 238 UF 6 gaseosos. Al someter los gases a muchas etapas de efu-
sión, los científi cos pueden lograr el enriquecimiento del isótopo 235 U, que se utilizó en
Gas Vacío
la fabricación de bombas atómicas durante la Segunda Guerra Mundial.
En el ejemplo 5.17 se muestra una aplicación de la ley de Graham.

Ejemplo 5.17

Un gas infl amable compuesto sólo por carbono e hidrógeno se efunde a través de una barrera
porosa en 1.50 min. En las mismas condiciones de temperatura y presión, un volumen igual
de vapor de bromo tarda 4.73 minutos en efundirse a través de la misma barrera. Calcule la
masa molar del gas desconocido y sugiera qué gas podría ser.
Figura 5.21 Efusión de los
(continúa) gases. Las moléculas de los gases
se mueven desde una región de
alta presión (izquierda) a una de
11
Thomas Graham (1805-1869). Químico escocés. Graham realizó un trabajo importante en ósmosis y caracte- baja presión a través de un
rizó varios ácidos fosfóricos. pequeño orifi cio.