Правило Траутона
В термодинамике гласит , правило Трутона что (молярная) энтропия испарения имеет почти одинаковое значение, около 85–88 Дж/(К·моль), для различных видов жидкостей при их температурах кипения . [ 1 ] Энтропия парообразования определяется как отношение энтальпии парообразования к температуре кипения . Он назван в честь Фредерика Томаса Траутона .
Она выражается как функция газовой постоянной R :
Подобный способ выразить это ( коэффициент Траутона ) заключается в том, что скрытая теплота связана с температурой кипения примерно как
Правило Трутона можно объяснить, используя определение энтропии, данное Больцманом, относительно относительного изменения свободного объема (то есть пространства, доступного для движения) между жидкой и паровой фазами . [ 2 ] [ 3 ] Это справедливо для многих жидкостей; например, энтропия испарения толуола равна 87,30 Дж/(К·моль), бензола — 89,45 Дж/(К·моль), а хлороформа — 87,92 Дж/(К·моль). Из-за удобства это правило используют для оценки энтальпии парообразования жидкостей, температура кипения которых известна.
Однако из этого правила есть некоторые исключения. Например, энтропии испарения воды , этанола , муравьиной кислоты и фтороводорода далеки от прогнозируемых значений. Энтропия испарения XeF 6 при температуре кипения имеет чрезвычайно высокое значение — 136,9 Дж/(К·моль). [ 4 ] Характеристикой тех жидкостей, к которым нельзя применить правило Трутона, является их особое взаимодействие между молекулами, например водородная связь . Энтропия испарения воды и этанола демонстрирует положительное отклонение от правила; это связано с тем, что водородные связи в жидкой фазе уменьшают энтропию фазы. Напротив, энтропия испарения муравьиной кислоты имеет отрицательное отклонение. Этот факт указывает на существование 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 популяции возбужденных вращательных состояний в газовой фазе, особенно в небольших молекулах, таких как метан - небольшой момент инерции I приводит к большой постоянной вращения. B с соответственно широко разделенными вращательными уровнями энергии и, согласно распределению Максвелла-Больцмана , небольшой популяцией возбужденных вращательных состояний и, следовательно, низкой вращательной энтропией. Справедливость правила Траутона можно повысить, если учесть [ нужна ссылка ]
Здесь, если T = 400 K , правая часть уравнения равна 10,5 R , и мы находим исходную формулировку правила Трутона.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сравните 85 Дж/(К·моль) в Дэвид Уоррен Болл (20 августа 2002 г.). Физическая химия . ISBN 9780534266585 . и 88 Дж/(К·моль) в Дэниел Л. Регер; Скотт Р. Гуд; Дэвид В. Болл (27 января 2009 г.). Химия: принципы и практика . ISBN 9780534420123 .
- ^ Дэн Маклахлан-младший; Рудольф Дж. Маркус (1957). «Статистически-механическая основа правила Траутона». Дж. Хим. Образование . 34 (9): 460. Бибкод : 1957ЖЧЭд..34..460М . дои : 10.1021/ed034p460 .
- ^ Шатлер, ПМЕ; Чеа, ХМ (1998). «Применение определения энтропии Больцмана». Европейский журнал физики . 19 (4): 371–377. Бибкод : 1998EJPh...19..371S . дои : 10.1088/0143-0807/19/4/009 . ISSN 0143-0807 .
- ^ Р. Брюс Кинг, изд. (2005). Энциклопедия неорганической химии (2-е изд.). Уайли. ISBN 978-0-470-86078-6 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Траутон, Фредерик (1884). «О молекулярной скрытой теплоте» . Философский журнал . 18 (110): 54–57. дои : 10.1080/14786448408627563 . - Публикация правила Траутона.
- Аткинс, Питер (1978). Физическая химия Издательство Оксфордского университета ISBN 0-7167-3539-3
| Состояние |  | |
|---|---|---|
| Низкая энергия | ||
| Высокая энергия | ||
| Другие штаты | ||
| Фазовые переходы |
| |
| Количества | ||
| Концепции | ||