กฎของทรุตัน

ในเทอร์โมไดนามิกส์กฎของ Troutonระบุว่าเอนโทรปีของการระเหย (โมลาร์) มีค่าเกือบเท่ากัน ประมาณ 85–88 J /(K·mol) สำหรับ ของเหลว ชนิดต่างๆที่จุดเดือด[ 1 ]เอนโทรปีของการระเหยถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนระหว่างเอนทัลปีของการระเหยและ อุณหภูมิ เดือดโดยตั้งชื่อตามFrederick Thomas Trouton
โดยแสดงออกมาในรูปฟังก์ชันของค่าคงที่ของแก๊สR :
อีกวิธีหนึ่งในการกล่าวถึงเรื่องนี้ ( อัตราส่วนของ Trouton ) คือความร้อนแฝงมีความสัมพันธ์กับจุดเดือดโดยประมาณดังนี้
กฎของ Trouton สามารถอธิบายได้โดยใช้คำจำกัดความของเอนโทรปีของ Boltzmannต่อการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของปริมาตรอิสระ (นั่นคือ พื้นที่ว่างสำหรับการเคลื่อนที่) ระหว่างเฟสของเหลวและไอ [ 2 ] [ 3 ] กฎนี้ใช้ได้กับของเหลวหลายชนิด ตัวอย่างเช่นเอนโทรปีของการระเหยของโทลูอีนคือ 87.30 J/(K·mol) ของเบนซีนคือ 89.45 J/(K·mol) และของคลอโรฟอร์มคือ 87.92 J/(K·mol) เนื่องจากความสะดวก กฎนี้จึงใช้ในการประมาณค่าเอนทัลปีของการระเหยของของเหลวที่มีจุดเดือดที่ทราบแล้ว
อย่างไรก็ตาม กฎนี้มีข้อยกเว้นอยู่บ้าง ตัวอย่างเช่น เอนโทรปีของการระเหยของน้ำเอทานอล กรดฟอร์มิกและไฮโดรเจนฟลูออไรด์นั้นห่างไกลจากค่าที่คาดการณ์ไว้ เอนโทรปีของการระเหยของที่จุดเดือดมีค่าสูงถึง 136.9 J/(K·mol) หรือ 16.5 R [ 4 ] ลักษณะเฉพาะของของเหลวที่กฎของ Trouton ไม่สามารถนำไปใช้ได้คือปฏิสัมพันธ์พิเศษระหว่างโมเลกุล เช่นพันธะไฮโดรเจน เอนโทรปีของการระเหยของน้ำและเอทานอลแสดงค่าเบี่ยงเบนเป็นบวกจากกฎ เนื่องจากพันธะไฮโดรเจนในเฟสของเหลวลดเอนโทรปีของเฟส ในทางตรงกันข้าม เอนโทรปีของการระเหยของกรดฟอร์มิกมีค่าเบี่ยงเบนเป็นลบ ข้อเท็จจริงนี้บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของโครงสร้างที่เป็นระเบียบในเฟสแก๊ส เป็นที่ทราบกันว่ากรดฟอร์มิกก่อตัวเป็น โครงสร้าง ไดเมอร์แม้ในเฟสแก๊ส ความเบี่ยงเบนเชิงลบอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากเอนโทรปีของเฟสแก๊สน้อยอันเนื่องมาจากจำนวนประชากรของสถานะการหมุนที่ถูกกระตุ้นในเฟสแก๊สน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโมเลกุลขนาดเล็กเช่นมีเทน– โมเมนต์ความเฉื่อยIเล็กน้อยทำให้เกิดค่าคงที่การหมุนB ขนาดใหญ่ ส่งผลให้ระดับพลังงานการหมุนแยกออกจากกันอย่างกว้างขวาง และตามการกระจายของ Maxwell–Boltzmannจำนวนประชากรของสถานะการหมุนที่ถูกกระตุ้นมีน้อย และด้วยเหตุนี้จึงมีเอนโทรปีการหมุนต่ำ ความถูกต้องของกฎของ Trouton สามารถเพิ่มขึ้นได้โดยพิจารณา[ 5 ]
ในกรณีนี้ ถ้าT = 400 Kด้านขวาของสมการจะมีค่าเท่ากับ10.5 Rและเราจะพบสูตรดั้งเดิมของกฎของ Trouton
อ่านเพิ่มเติม
- Trouton, Frederick (1884). "เกี่ยวกับความร้อนแฝงของโมเลกุล" . วารสารปรัชญา . 18 (110): 54– 57. doi : 10.1080/14786448408627563 .- การตีพิมพ์กฎของทรุตัน
- แอตกินส์, ปีเตอร์ (1978). เคมีเชิงฟิสิกส์สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด ISBN 0-7167-3539-3