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Ley de difusión de Graham
La difusión es el proceso por el cual una substancia se distribuye uniformemente en el espacio que la encierra o en el medio en que se encuentra. Por ejemplo: si se conectan dos tanques conteniendo el mismo gas a diferentes presiones, en corto tiempo la presión es igual en ambos tanques. También si se introduce una pequeña cantidad de gas A en un extremo de un tanquecerrado que contiene otro gas B, rápidamente el gas A se distribuirá uniformemente por todo el tanque. La difusión es una consecuencia del movimiento continuo y elástico de las moléculas gaseosas. Gases diferentes tienen distintas velocidades de difusión. Para obtener información cuantitativa sobre las velocidades de difusión se han hecho muchas determinaciones. En una técnica el gas se deja pasarpor orificios pequeños a un espacio totalmente vacío; la distribución en estas condiciones se llama efusión y la velocidad de las moléculas es igual que en la difusión. Los resultados son expresados por la ley de Graham. "La velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad."

en donde v1 y v2 son las velocidades de difusión de los gases que secomparan y d1 y d2 son las densidades. Las densidades se pueden relacionar con la masa y el volumen porque ( ); cuando M sea igual a la masa (peso) v molecular y v al volumen molecular, podemos establecer la siguiente relación entre las velocidades de difusión de dos gases y su peso molecular:

y como los volúmenes moleculares de los gases en condiciones iguales de temperatura y presión son idénticos,es decir V1 = V2, en la ecuación anterior sus raíces cuadradas se cancelan, quedando:

Es decir: la velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular.
Ejemplo 10
¿Qué gas tiene mayor velocidad de difusión, el neón o el nitrógeno?
Respuesta
Primero se necesita conocer las densidades de los gases que intervienen. Como una mol de gas ocupa22.4 litros a T.P.E., sus densidades serán (peso molecular/volumen).
neón = 20/22.4 = 0.88 g/lt
nitrógeno = 28/22.4 = 1.25 g/lt
sea v1 = velocidad de difusión del nitrógeno y v2 = velocidad de difusión del neón.

Es decir, el nitrógeno tiene una velocidad de difusión 0.84 veces menor que la del neón.
Ejemplo 11
Ordene los gases siguientes en orden creciente de sus velocidades de difusión:
H2,CI2, N2, CH4, He, HCI
Respuesta
Como lo que se pide es el orden creciente de sus velocidades de difusión y no sus velocidades relativas, basta con arreglar los gases en orden decreciente de sus pesos moleculares (ya que el gas de mayor peso molecular se difunde más lentamente que el de menor peso molecular).
gases CI2 HCI N CH4 He H2
pesos moleculares 71 36.5 23 16 4 2
Ejemplo 1 2
Un gas sedifunde 5.0 veces más rápido que otro. Si el peso molecular (M) del primero es 20, ¿cuál es el peso molecular (M2) del segundo?
Respuesta
Según la ley de difusión de Graham
y las velocidades de difusión tienen la relación 5.0: 1.0
por lo que

elevando ambos miembros al cuadrado

El peso molecular del segundo gas es 500
Como volúmenes iguales de gases a la misma temperatura y presióncontienen el mismo número de moléculas, y como el volumen de cada gas tiene un peso diferente, entonces los pesos de las moléculas deberán ser diferentes. Así, si pesamos volúmenes iguales de gases diferentes, encontraremos los pesos relativos de sus moléculas. El peso de 22.412 litros de un gas en condiciones estándar (TPE) se conoce como su peso molecular gramo (PMG) y ese volumen como volumenmolecular gramo (VMG). Este valor se eligió por ser el volumen ocupado por 32 g de oxígeno (O2) en condiciones TPE, que hasta 1962 era el patrón de comparación en el cálculo de pesos moleculares. El número de moléculas realmente presente en 22.412 litros (VMG) ha sido calculado por diferentes métodos habiéndose encontrado 6.02 X 1023 moléculas; este valor llamado número de Avogadro o N, también se...