Hukum Graham

Hukum Graham (bahasa Inggris: Graham's law, atau Graham's law of effusion; "Hukum efusi Graham") adalah suatu rumus yang diformulasi oleh fisikawan kimiawan Skotlandia, Thomas Graham pada tahun 1848. Thomas Graham (1805-1869) mempelajari kecepatan efusi beberapa gas. Dari percobaan-percobaannya, Graham menemukan bahwa laju efusi suatu gas berbanding terbalik dengan akar massa partikelnya.^[1] Dengan kata lain, pada suhu dan tekanan yang sama, maka kecepatan efusi gas berbanding terbalik dengan akar kerapatannya. Pernyataan ini dikenal dengan hukum Graham.^[2]

Rumus ini dapat ditulis:

${\displaystyle {{\mbox{Rate}}_{1} \over {\mbox{Rate}}_{2}}={\sqrt {M_{2} \over M_{1}}}}$

di mana:

Rate₁ adalah laju efusi gas pertama (volume atau jumlah mol per unit waktu).

Rate₂ adalah laju efusi gas kedua.

M₁ adalah massa molar gas 1

M₂ adalah massa molar gas 2.

Hukum Graham menyatakan bahwa laju efusi atau difusi suatu gas berbanding terbalik dengan akar berat molekulnya. Jadi, jika berat molekul gas yang satu empat kali lebih besar dari gas yang lain, maka gas pertama akan berdifusi melalui suatu sumbat yang berpori-pori atau lolos melalui sebuah lubang jarum dalam suatu bejana dengan laju setengah dari laju gas lain (gas yang lebih berat berdifusi lebih lambat). Penjelasan teoretis lengkap mengenai Hukum Graham ini bertahun-tahun kemudian diberikan oleh teori kinetik gas. Hukum Graham memberi dasar untuk pemisahan isotop secara difusi — sebuah metode yang berperan penting dalam pengembangan bom atom.^[3]

Misalkan gas 1 adalah H₂ dan gas 2 adalah O₂.

${\displaystyle {{\mbox{Rate H}}_{2} \over {\mbox{Rate O}}_{2}}={{\sqrt {32}} \over {\sqrt {2}}}={{\sqrt {16}} \over {\sqrt {1}}}={\frac {4}{1}}}$

Jadi, molekul hidrogen berefusi empat kali lebih cepat daripada oksigen.^[1]

Hukum Graham dapat digunakan untuk menemukan perkiraan berat molekul suatu gas jika ada gas yang diketahui jenisnya, dan jika ada rasio tertentu di antara laju kedua gas itu (seperti contoh di atas). Dengan rumus itu dapat ditulis persamaan untuk menemukan berat molekul yang tidak diketahui.

${\displaystyle {M_{2}}={M_{1}{\mbox{Rate}}_{1}^{2} \over {\mbox{Rate}}_{2}^{2}}}$

Postulat dari teori kinetik yang menghubungkan energi kinetik rata-rata dengan suhu dapat digunakan untuk menurunkan hukum Graham. Misalkan ada dua macam gas A dan gas B. Apabila suhunya sama maka energi kinetik rata-rata dari molekulnya harus sama. Berarti:

E.K._A = K.E._B

atau

1/2mA.vA2 =1/2mB.vB2

Dengan v^2 disebut kecepatan rata-rata kuadrat dari molekul-molekul yang merupakan harga rata-rata dari kecepatan kuadrat dari semua molekul-molekul.^[4]

• Viskositas