La legge di effusione di Graham

La legge di effusione di Graham riguarda il flusso di molecole, fra un recipiente sotto pressione ed un altro in cui è stato fatto il vuoto, attraverso un piccolo foro. Il foro di effusione deve essere sufficientemente piccolo affinchè durante la fuoriuscita le molecole non urtino le une contro le altre.

L'intensità del flusso di molecole che abbandona il contenitore deve essere allora proporzionale alla velocità molecolare media che a sua volta è inversamente proporzionale alla radice quadrata del peso molecolare:

$$\Phi \propto v_{rms} \propto \frac{1}{\sqrt{M}}$$

Se nel contenitore vi sono due gas rispettivamente di peso molecolare $M_1$ ed $M_2$, i flussi $\Phi_1$ e $\Phi_2$ ad una data temperatura e pressione staranno nel rapporto:

$$\frac{\Phi_1}{\Phi_2} = \sqrt{\frac{M_2}{M_1}}$$

Questa relazione fu formulata da Graham proprio quando la teoria cinetica dei gas cominciava ad essere scoperta e costituì una forte evidenza della sua validità. Il processo di effusione può essere utilizzato per separare le componenti di una miscela gassosa. Se una miscela è posta in un contenitore a pareti porose il gas a peso molecolare minore filtra attraverso le pareti più facilmente. Dopo un certo tempo la miscela nel contenitore sarà arricchita dalla specie più pesante, quella che è filtrata dalla specie più leggera. Questo principio fu alla base dei processi che furono utilizzati nella seconda guerra mondiale per ottenere $U_{235}$, utilizzato per bombardare Hiroshima.