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5.9: Efusión y Difusión
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Effusion and Diffusion
 
TRANSCRIPCIÓN

5.9: Efusión y Difusión

Aunque las moléculas gaseosas viajan a velocidades tremendas (cientos de metros por segundo), chocan con otras moléculas gaseosas y viajan en muchas direcciones diferentes antes de alcanzar el objetivo deseado. A temperatura ambiente, una molécula gaseosa experimentará miles de millones de colisiones por segundo. El camino libre medio es la distancia media que una molécula viaja entre colisiones. El camino libre medio aumenta al disminuir la presión; generalmente, el camino libre medio para una molécula gaseosa será cientos de veces el diámetro de la molécula

En general, cuando se introduce una muestra de gas en una parte de un recipiente cerrado, sus moléculas se dispersan muy rápidamente por todo el recipiente; este proceso por el cual las moléculas se dispersan en el espacio en respuesta a las diferencias de concentración se llama difusión. Los átomos o moléculas gaseosas, por supuesto, no tienen conocimiento de ningún gradiente de concentración; simplemente se mueven al azar: Las regiones de mayor concentración tienen más partículas que las regiones de menor concentración, por lo que se produce un movimiento neto de especies de zonas de alta a baja concentración. En un entorno cerrado, la difusión dará lugar en última instancia a concentraciones iguales de gas en todo el espacio. Los átomos y moléculas gaseosas continúan moviéndose, pero como sus concentraciones son las mismas en ambos bulbos, las tasas de transferencia entre los bulbos son iguales (no ocurre transferencia neta de moléculas). La cantidad de gas que pasa a través de algún área por unidad de tiempo es la velocidad de difusión.

Eq1

La velocidad de difusión depende de varios factores: El gradiente de concentración (aumento o disminución de la concentración de un punto a otro), la cantidad de superficie disponible para la difusión y la distancia que deben recorrer las partículas de gas.

Un proceso que involucra el movimiento de especies gaseosas similar a la difusión es la efusión, el escape de moléculas de gas a través de un agujero diminuto, como un agujero en un globo al vacío. Aunque las tasas de difusión y de efusión dependen de la masa molar del gas involucrado, sus tasas no son iguales; sin embargo, las proporciones de sus tasas son las mismas.

Si se coloca una mezcla de gases en un recipiente con paredes porosas, los gases se liberan a través de las pequeñas aberturas de las paredes. Los gases más ligeros pasan a través de las pequeñas aberturas más rápidamente (a una velocidad más alta) que aquellos más pesados. En 1832, Thomas Graham estudió las tasas de efusión de diferentes gases y formuló la ley de efusión de Graham: La tasa de efusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la masa de sus partículas:

Eq2

Esto significa que si dos gases, A y B, están a la misma temperatura y presión, la relación de sus tasas de efusión es inversamente proporcional a la relación de las raíces cuadradas de las masas de sus partículas:

Eq3

La relación indica que el gas más ligero tiene una tasa de efusión más alta.

Por ejemplo, un globo de caucho lleno de helio se desinfla más rápido que un globo lleno de aire porque la tasa de efusión a través de los poros del caucho es más rápida para los átomos de helio más ligeros que para las moléculas de aire.

Este texto ha sido adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 9.4: Efusión y Difusión de Gases.

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