Haben Isotope eines Alkans eine höhere/niedrige Siedetemperatur und warum?

Im Regelfall sind die Siedetemperaturen von verzweigten Alkan-Isomeren (Isomere!!! Isotope sind was anderes), geringer als die Siedetemperatur des n-Alkans. Dies liegt an der geringeren Moleküloberfläche von verzweigten Alkanen und der daraus resultierenden geringeren attraktiven van-der-Waals-Kräften zwischen den einzelnen Molekülen.

Solltest du jedoch wirklich wissen wollen, ob ein Alkan, dass aus Isotopen (bspw. ein Alkan nur mit 13C und D anstelle von 12C und H) besteht, einen höheren Siedepunkt hat, so liegt dieser marginal höher, wobei das für jedes Molekül unterschiedlich wäre. Um dann weitere Prognosen geben zu können müsste das Verhältnis von Deuterium/Protium zu anderen Kernen bekannt sein, da nur die Wasserstoffisotope einen für die Praxis relevanten kinetischen Isotopeneffekt aufweisen.

Grundsätzlich hängt der Siedepunkt von der Atommasse des Isotops ab. So siedet H₂O ca. 1.5 K niedriger als D₂O. Für Kohleenwasserstoffe habe ich keine Angaben ge­funden, aber vermutlich ist der Effekt dort deutlich kleiner.

Als Faustregel steigen alle Wechselwirkungen mit der Masse. Das liegt an der Null­punkts­energie, die indirekt proportional zur Wurzel der reduzierten Masse ist (die hängt selbst wiederum von allen Massen der Atome und anderem ab). Die Potential­for­men und damit auch ddie Tiefe des Potentialtopfes hängen dagegen nicht von der Masse ab, daher hat das schwerere Isotopomer von der Nullpunktsenergie ei­nen wei­te­ren Weg zum Dissoziationslimit als das leichte, und man braucht mehr Energie, um die Bindung zu spalten.

Dieses Argument trifft qualitativ sowohl auf echte chemische Bindungen so wie auf vdw-WW zu.