Тройна точка: характеристики на водата, циклохексан и бензен

Тройната точка е термин в областта на термодинамиката, който се отнася до температурата и налягането, в които има едновременно три фази на вещество в състояние на термодинамично равновесие. Тази точка съществува за всички вещества, въпреки че условията, при които те се получават, варират значително между всеки един.

Тройната точка може също да включва повече от една фаза от същия тип за конкретно вещество; това означава, че се наблюдават две различни фази на твърдо вещество, течност или газ. Хелий, по-специално неговият изотоп хелий-4, е добър пример за тройна точка, включваща две отделни течни фази: нормална и свръхфлуидна течност.

Характеристики на тройната точка

Тройната точка на водата се използва за определяне на Келвин, основната единица на термодинамичната температура в международната система от единици (СИ). Тази стойност се определя по дефиниция вместо измерена.

Тройните точки на всяко вещество могат да бъдат наблюдавани с помощта на фазови диаграми, които са графични графики, които позволяват да се покажат ограничителните условия на твърдата, течната, газообразната фаза (и други, в специални случаи) на дадено вещество, докато те променят температурата, налягането и / или разтворимостта.

Вещество може да бъде намерено в точката на топене, в която твърдото вещество отговаря на течността; Може да се намери и в точката на кипене, където течността отговаря на газа. Въпреки това, тя е в тройната точка, където са постигнати всичките три фази. Тези диаграми ще бъдат различни за всяко вещество, както ще се види по-късно.

Тройната точка може да се използва ефективно при калибрирането на термометрите, като се използват тройни клетки.

Това са проби от вещества при изолирани условия (в рамките на стъклени "клетки"), които са в тройната си точка с известни условия на температура и налягане и по този начин улесняват изследването на точността на измерванията на термометъра.

Изследването на тази концепция е използвано и при изследването на планетата Марс, в която се опитва да знае нивото на морето по време на мисии, проведени през десетилетието на 70-те години.

Тройна точка на водата

Точните условия на налягане и температура, при които водата съществува в трите й фази в равновесие - течна вода, лед и пари - се срещат при температура точно 273, 16 К (0, 01 ° С) и частично налягане на парите на 611 656 паскала (0.00603659 atm).

В този момент е възможно веществото да се превърне в която и да е от трите фази с минимални промени в температурата или налягането. Въпреки че общото налягане на системата може да бъде разположено над изискваното за тройната точка, ако парциалното налягане на парата е 611, 656 Ра, системата ще достигне до тройната точка еднакво.

В предишната фигура е възможно да се види представянето на тройната точка (или тройната точка на английски език) на вещество, чиято диаграма е подобна на тази на водата, според температурата и налягането, необходими за достигане на тази стойност.

В случай на вода тази точка съответства на минималното налягане, при което може да съществува течна вода. При налягане по-малко от тази тройна точка (например във вакуум) и когато се използва нагряване с постоянно налягане, твърдият лед ще се преобразува директно във водна пара, без да преминава през течност; Това е процес, наречен сублимация.

Отвъд това минимално налягане (Р _tp ), ледът първо ще се стопи, за да образува течна вода, и едва тогава ще се изпари или ври, за да се образува пара.

За много вещества стойността на температурата в тройната точка е минималната температура, при която може да съществува течната фаза, но това не се случва при водата. За водата това не се случва, тъй като точката на топене на леда намалява в зависимост от налягането, както е показано от зелената пунктирана линия на предишната фигура.

Във фазите с високо налягане водата има доста сложна фазова диаграма, в която са показани петнадесет известни ледени фази (при различни температури и налягания), в допълнение към десет различни тройни точки, които се визуализират на следната фигура:

Може да се отбележи, че при условия на високо налягане ледът може да съществува в равновесие с течността; Диаграмата показва, че точките на топене се увеличават с налягане. При постоянни ниски температури и нарастващо налягане парата може да се преобразува директно в лед, без да преминава през течната фаза.

Различните условия, които се срещат в планетите, където е изследвана тройната точка (Земята на морското равнище и в екваториалната област на Марс), също са представени в тази диаграма.

Диаграмата ясно показва, че тройната точка варира в зависимост от местоположението поради атмосферно налягане и температура, а не само чрез намесата на експериментатора.

Тройна точка на циклохексан

Циклохексанът е циклоалкан, който има молекулна формула на _С6Н12 . Тази субстанция има особеност, че има условия за тройни точки, които могат лесно да бъдат възпроизведени, както в случая на вода, тъй като тази точка се намира при температура 279, 47 К и налягане от 5, 388 kPa.

При тези условия се наблюдава кипене на съединението, втвърдяване и топене с минимални промени в температурата и налягането.