La regla de Trouton

En termodinámica, la regla de Trouton establece que la entropía de vaporización tiene casi el mismo valor, alrededor de 85–88 J/(K·mol), para varios tipos de líquidos en su estado puntos de ebullición. La entropía de vaporización se define como la relación entre la entalpía de vaporización y la temperatura de ebullición. Lleva el nombre de Frederick Thomas Trouton.

Se expresa en función de la constante del gas R:

Δ Δ S̄ ̄ vap.. 10,5R.{displaystyle Delta {bar {S} {text{vap}approx 10.5R.}

Una forma similar de expresar esto (proporción de Trouton) es que el calor latente está relacionado con el punto de ebullición aproximadamente como

LvapThirviendo.. 85− − 88JK⋅ ⋅ mol.{displaystyle {frac {fnK} {fnK} {fnK}}}approx} 85{-}88cdot {text{mol}}}}}}

La regla de Trouton se puede explicar utilizando la definición de entropía de Boltzmann para el cambio relativo en el volumen libre (es decir, el espacio disponible para el movimiento) entre las fases líquida y de vapor. Es válido para muchos líquidos; por ejemplo, la entropía de vaporización del tolueno es 87,30 J/(K·mol), la del benceno es 89,45 J/(K·mol) y la del cloroformo es 87,92 J/(K·mol). Por su conveniencia, la regla se utiliza para estimar la entalpía de vaporización de líquidos cuyos puntos de ebullición se conocen.

La regla, sin embargo, tiene algunas excepciones. Por ejemplo, las entropías de vaporización del agua, el etanol, el ácido fórmico y el fluoruro de hidrógeno están lejos de los valores previstos. La entropía de vaporización de XeF₆ en su punto de ebullición tiene el valor extraordinariamente alto de 136,9 J/(K·mol). La característica de aquellos líquidos a los que no se puede aplicar la regla de Trouton es su interacción especial entre moléculas, como los enlaces de hidrógeno. La entropía de vaporización del agua y del etanol muestra una desviación positiva de la regla; esto se debe a que los enlaces de hidrógeno en la fase líquida disminuyen la entropía de la fase. Por el contrario, la entropía de vaporización del ácido fórmico tiene una desviación negativa. Este hecho indica la existencia de una estructura ordenada en la fase gaseosa; Se sabe que el ácido fórmico forma una estructura dímera incluso en fase gaseosa. La desviación negativa también puede ocurrir como resultado de una pequeña entropía en la fase gaseosa debido a una baja población de estados rotacionales excitados en la fase gaseosa, particularmente en moléculas pequeñas como el metano: un pequeño momento de inercia I dando lugar a una gran constante de rotación B, con la correspondiente niveles de energía rotacional ampliamente separados y, según la distribución de Maxwell-Boltzmann, una pequeña población de estados rotacionales excitados y, por lo tanto, una entropía rotacional baja. La validez de la regla de Trouton puede incrementarse considerando

Δ Δ S̄ ̄ vap.. 4.5R+RIn⁡ ⁡ T.{displaystyle Delta {bar {S} {text{vap}approx 4.5R+Rln T.}

Aquí, si T = 400 K, el lado derecho de la ecuación es 10,5 R, y encontramos la formulación original de la regla de Trouton.