Правило Траутон гласит , что энтропия испарения почти то же самое значение, приблизительно 85-88 JK -1 моль -1 , для различных видов жидкостей при их точках кипения . [1] Энтропия испарения определяется как отношение между энтальпией испарения и температурой кипения. Он назван в честь Фредерика Томаса Траутона .
Его можно выразить как функцию газовой постоянной R:
Аналогичный способ сформулировать это ( соотношение Траутона ) заключается в том, что скрытая теплота связана с точкой кипения примерно следующим образом:
- .
Правило Траутона можно объяснить, используя определение Больцмана энтропии относительного изменения свободного объема (то есть пространства, доступного для движения) между жидкой и паровой фазами. [2] Это справедливо для многих жидкостей; например, энтропия испарения толуола составляет 87,30 Дж -1 моль -1 , что из бензола составляет 89.45 JK -1 моль -1 , и что из хлороформа составляет 87,92 Дж -1 моль -1 . Из-за удобства это правило используется для оценки энтальпии испарения жидкостей, температура кипения которых известна.
Однако из этого правила есть исключения. Например, энтропии испарения воды , этанола , муравьиной кислоты и фтороводорода далеки от прогнозируемых значений. Энтропия испарения XeF 6 при его температуре кипения имеет чрезвычайно высокое значение 136,9 JK -1 моль -1 . [3] Характерной чертой тех жидкостей, к которым правило Траутона не применимо, является их особое взаимодействие между молекулами, например водородная связь . Энтропия испарения воды и этанола показывает положительное отклонение от правила; это потому, что водородные связи в жидкой фазе уменьшают энтропию фазы. Напротив, энтропия испарения муравьиной кислоты имеет отрицательное отклонение. Этот факт указывает на наличие упорядоченной структуры в газовой фазе; известно, что муравьиная кислота образует димерную структуру даже в газовой фазе. Отрицательное отклонение также может возникать в результате небольшой энтропии газовой фазы из-за низкой заселенности возбужденных вращательных состояний в газовой фазе, особенно в небольших молекулах, таких как метан - небольшой момент инерции I, вызывающий большую постоянную вращения B , с соответственно широко разделенными вращательными энергетическими уровнями и, согласно распределению Максвелла – Больцмана , малой совокупностью возбужденных вращательных состояний и, следовательно, низкой вращательной энтропией. Справедливость правила Траутона можно повысить, если учесть
Здесь, если T = 400 K, мы находим исходную формулировку правила Траутона.
Другое уравнение, для которого T кипения <2100 K, составляет Δ H кипения = 87 T кипения - 0,4 Дж / K.
Смотрите также
Рекомендации
- ↑ Сравните Дэвида Уоррена Болла (20 августа 2002 г.). Физическая химия . ISBN 9780534266585.(85 ДжК −1 моль −1 ) и Дэниел Л. Регер; Скотт Р. Гуд; Дэвид В. Болл (27 января 2009 г.). Химия: принципы и практика . ISBN 9780534420123.(88 Дж -1 моль -1 )
- ^ Shutler, PME; Чеа, HM (1998). «Применение определения энтропии Больцмана». Европейский журнал физики . 19 (4): 371–377. Bibcode : 1998EJPh ... 19..371S . DOI : 10.1088 / 0143-0807 / 19/4/009 . ISSN 0143-0807 .
- ^ R Брюс Кинг, изд. (2005). Энциклопедия неорганической химии (2-е изд.). Вайли. ISBN 978-0-470-86078-6.
дальнейшее чтение
- Траутон, Фредерик (1884). «О скрытой молекулярной теплоте» . Философский журнал . 18 (110): 54–57. DOI : 10.1080 / 14786448408627563 . - Публикация правила Траутона
- Аткинс, Питер (1978). Физическая химия Oxford University PressISBN 0-7167-3539-3