قاعدة تروتون

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
رسم بياني لوغاريتمي مزدوج يوضح العلاقة بين حرارة الانصهار ودرجة الغليان ودرجة حرارة الانصهار ودرجة الغليان للعناصر النقية. العلاقة الخطية بين حرارة التبخر ودرجة الغليان هي قاعدة تراوتون. وتظهر علاقة مماثلة لحرارة الانصهار.
إنثالبيات الانصهار والغليان للعناصر النقية مقابل درجات حرارة التحول، مما يوضح قاعدة تروتون

في الديناميكا الحرارية ، تنص قاعدة تروتون على أن إنتروبيا التبخر (المولية) لها قيمة متقاربة، حوالي 85-88  جول/(كلفن·مول)، لأنواع مختلفة من السوائل عند درجات غليانها . [ 1 ] تُعرَّف إنتروبيا التبخر بأنها النسبة بين إنثالبي التبخر ودرجة الغليان . وقد سُميت نسبةً إلى فريدريك توماس تروتون .

يتم التعبير عنها كدالة لثابت الغاز R :

ΔS¯بخار≈10.5R.{\displaystyle \Delta {\bar {S}}_{\text{vap}}\approx 10.5R.}

ويمكن التعبير عن ذلك بطريقة مماثلة ( نسبة تراوتون ) وهي أن الحرارة الكامنة مرتبطة بنقطة الغليان تقريبًا كما يلي:

لبخارتيالغليان≈85-88 جك⋅مول.{\displaystyle {\frac {L_{\text{vap}}}{T_{\text{boiling}}}}\approx 85{-}88\ {\frac {\text{J}}{{\text{K}}\cdot {\text{mol}}}}.}

يمكن تفسير قاعدة تراوتون باستخدام تعريف بولتزمان للإنتروبيا ، أي التغير النسبي في الحجم الحر (أي المساحة المتاحة للحركة) بين الطورين السائل والبخاري . [ 2 ] [ 3 ] وهي صالحة للعديد من السوائل؛ فعلى سبيل المثال، تبلغ إنتروبيا تبخر التولوين 87.30  جول/(كلفن·مول)، والبنزين 89.45  جول/(كلفن·مول)، والكلوروفورم 87.92 جول  /(كلفن·مول). ونظرًا لسهولة استخدامها، تُستخدم هذه القاعدة لتقدير إنثالبي تبخر السوائل المعروفة درجة غليانها.

مع ذلك، توجد بعض الاستثناءات لهذه القاعدة. فعلى سبيل المثال، تختلف قيم إنتروبيا تبخر الماء والإيثانول وحمض الفورميك وفلوريد الهيدروجين اختلافًا كبيرًا عن القيم المتوقعة. تبلغ إنتروبيا تبخر سداسي فلوريد الزينون ( XeF₆ ) عند درجة غليانه قيمة عالية جدًا تبلغ 136.9 جول/(كلفن·مول)، أو 16.5 رانكين . [ 4 ] تتميز السوائل التي لا تنطبق عليها قاعدة تراوتون بتفاعلها الخاص بين الجزيئات، مثل الروابط الهيدروجينية . تُظهر إنتروبيا تبخر الماء والإيثانول انحرافًا موجبًا عن القاعدة؛ ويعود ذلك إلى أن الروابط الهيدروجينية في الحالة السائلة تُقلل من إنتروبيا هذه الحالة. في المقابل، تُظهر إنتروبيا تبخر حمض الفورميك انحرافًا سالبًا. تشير هذه الحقيقة إلى وجود بنية منتظمة في الحالة الغازية؛ ومن المعروف أن حمض الفورميك يُشكل بنية ثنائية حتى في الحالة الغازية. قد يحدث الانحراف السلبي أيضًا نتيجة لانخفاض إنتروبيا الطور الغازي بسبب قلة عدد حالات الدوران المثارة فيه، لا سيما في الجزيئات الصغيرة مثل الميثان - حيث يؤدي عزم القصور الذاتي الصغير I إلى ثابت دوران كبير B ، مع مستويات طاقة دورانية متباعدة بشكل كبير، ووفقًا لتوزيع ماكسويل-بولتزمان ، عدد قليل من حالات الدوران المثارة، وبالتالي إنتروبيا دورانية منخفضة. ويمكن تعزيز صحة قاعدة تراوتون بالنظر إلى [ 5 ].  

ΔS¯بخار≈4.5R+Rln⁡تي.{\displaystyle \Delta {\bar {S}}_{\text{vap}}\approx 4.5R+R\ln T.}

هنا، إذا كانت T = 400 K ، فإن الجانب الأيمن من المعادلة يساوي 10.5 R ، ونجد الصيغة الأصلية لقاعدة تروتون.

مراجع

  1. ↑ قارن 85 جول/(كلفن·مول) في ديفيد وارن بول (20 أغسطس 2002). الكيمياء الفيزيائية . ISBN 978-0-534-26658-5.و88  جول/(كلفن·مول) في دانيال ل. ريجر؛ سكوت ر. جود؛ ديفيد و. بول (27 يناير 2009). الكيمياء: المبادئ والتطبيق . ISBN 978-0-534-42012-3.
  2. ↑ دان ماكلاكلان الابن؛ رودولف ج. ماركوس (1957). "الأساس الإحصائي-الميكانيكي لقاعدة تراوتون". مجلة التعليم الكيميائي 34 (9): 460. Bibcode : 1957JChEd..34..460M . doi : 10.1021/ed034p460 .
  3. ↑ شاتلر، ب.م.إ؛ تشيا، هـ.م. (1998). "تطبيق تعريف بولتزمان للإنتروبيا". المجلة الأوروبية للفيزياء . 19 (4): 371-377 . Bibcode : 1998EJPh...19..371S . doi : 10.1088/0143-0807/19/4/009 . ISSN 0143-0807 . 
  4. ↑ آر. بروس كينغ، محرر (2005). موسوعة الكيمياء غير العضوية ( الطبعة الثانية). وايلي. ISBN  978-0-470-86078-6.
  5. ↑ كريميزيس-تساتسوليس، كريستوس (2021-01-01). "ألغاز قاعدة تراوتون: محاولة لفهم أفضل" . مجلة الديناميكا الحرارية الكيميائية . 152 106256. doi : 10.1016/j.jct.2020.106256 . ISSN 0021-9614 . 

للمزيد من القراءة