PUNKT POTRÓJNY: CHARAKTERYSTYKA WODY, CYKLOHEKSANU I BENZENU - FIZYCZNY - 2026

Punkt potrójny to termin z zakresu termodynamiki, który odnosi się do temperatury i ciśnienia, w których trzy fazy substancji istnieją jednocześnie w stanie równowagi termodynamicznej. Ta kwestia dotyczy wszystkich substancji, chociaż warunki, w których są one osiągane, różnią się znacznie między każdą z nich.

Punkt potrójny może również obejmować więcej niż jedną fazę tego samego typu dla określonej substancji; to znaczy obserwuje się dwie różne fazy stałe, ciekłe lub gazowe. Hel, w szczególności jego izotop hel-4, jest dobrym przykładem punktu potrójnego obejmującego dwie oddzielne fazy płynne: normalny płyn i nadciekły.

Charakterystyka trójpunktowa

Punkt potrójny wody jest używany do określenia kelwina, podstawowej jednostki temperatury termodynamicznej w międzynarodowym układzie jednostek SI. Ta wartość jest ustalana z definicji, a nie mierzona.

Potrójne punkty każdej substancji można obserwować za pomocą diagramów fazowych, które są wykreślonymi wykresami, które pozwalają zademonstrować warunki graniczne fazy stałej, ciekłej, gazowej (i innych, w szczególnych przypadkach) substancji w stanie wywierają zmiany temperatury, ciśnienia i / lub rozpuszczalności.

Substancję można znaleźć w jej punkcie topnienia, w którym ciało stałe spotyka się z cieczą; można go również znaleźć w punkcie wrzenia, gdzie ciecz spotyka się z gazem. Jednak to w potrójnym punkcie osiąga się trzy fazy. Diagramy te będą różne dla każdej substancji, co zostanie przedstawione później.

Punkt potrójny może być skutecznie używany do kalibracji termometru, wykorzystując celki punktu potrójnego.

Są to próbki substancji w izolowanych warunkach (wewnątrz szklanych „ogniw”), które znajdują się w potrójnym punkcie w znanych warunkach temperatury i ciśnienia, a tym samym ułatwiają badanie dokładności pomiarów termometrem.

Badanie tej koncepcji zostało również wykorzystane podczas eksploracji planety Mars, podczas której podjęto próbę poznania poziomu morza podczas misji prowadzonych w latach 70.

Potrójny punkt wody

Dokładne warunki ciśnienia i temperatury, w których woda współistnieje w swoich trzech fazach równowagi - ciekłej wody, lodu i pary - zachodzą w temperaturze dokładnie 273,16 K (0,01 ºC) i ciśnieniu parcjalnym 611,656 paskali (0,00603659 atm).

W tym momencie konwersja substancji do którejkolwiek z trzech faz jest możliwa przy minimalnych zmianach jej temperatury lub ciśnienia. Nawet jeśli całkowite ciśnienie systemu może być wyższe niż wymagane dla punktu potrójnego, jeśli ciśnienie parcjalne pary wynosi 611,656 Pa, system osiągnie punkt potrójny w ten sam sposób.

Na poprzednim rysunku można zaobserwować przedstawienie punktu potrójnego (lub punktu potrójnego, w języku angielskim) substancji, której diagram jest podobny do schematu wody, w zależności od temperatury i ciśnienia wymaganych do osiągnięcia tej wartości.

W przypadku wody punkt ten odpowiada minimalnemu ciśnieniu, przy którym może występować woda w stanie ciekłym. Przy ciśnieniach poniżej tego punktu potrójnego (na przykład w próżni) i gdy stosuje się ogrzewanie pod stałym ciśnieniem, stały lód przekształci się bezpośrednio w parę wodną bez przechodzenia przez ciecz; To proces zwany sublimacją.

Powyżej tego minimalnego ciśnienia (P _tp ) lód najpierw stopi się, tworząc wodę w stanie ciekłym, a tylko tam odparuje lub zagotuje, tworząc parę.

Dla wielu substancji wartość temperatury w jej punkcie potrójnym jest minimalną temperaturą, w której może istnieć faza ciekła, ale nie ma to miejsca w przypadku wody. W przypadku wody tak się nie dzieje, ponieważ temperatura topnienia lodu zmniejsza się w funkcji ciśnienia, co pokazuje zielona przerywana linia na poprzednim rysunku.

W fazach wysokiego ciśnienia woda ma dość złożony diagram fazowy, na którym pokazano piętnaście znanych faz lodu (w różnych temperaturach i ciśnieniach), oprócz dziesięciu różnych potrójnych punktów, które są wizualizowane na poniższym rysunku:

Można zauważyć, że w warunkach wysokiego ciśnienia lód może istnieć w równowadze z cieczą; wykres pokazuje, że temperatury topnienia rosną wraz z ciśnieniem. Przy stałych niskich temperaturach i rosnącym ciśnieniu para może przekształcić się bezpośrednio w lód, bez przechodzenia przez fazę ciekłą.

Na tym diagramie przedstawiono również różne warunki, które występują na planetach, na których badano punkt potrójny (Ziemia na poziomie morza iw strefie równikowej Marsa).

Diagram wyjaśnia, że ​​punkt potrójny zmienia się w zależności od lokalizacji ze względu na ciśnienie atmosferyczne i temperaturę, a nie tylko z powodu interwencji eksperymentatora.

Potrójny punkt cykloheksanu

Cykloheksan to cykloalkan o wzorze cząsteczkowym C ₆ H ₁₂ . Ta substancja ma tę szczególną cechę, że ma warunki potrójnego punktu, które można łatwo odtworzyć, jak w przypadku wody, ponieważ punkt ten znajduje się w temperaturze 279,47 K i ciśnieniu 5,388 kPa.

W tych warunkach obserwowano wrzenie, krzepnięcie i topienie związku przy minimalnych zmianach temperatury i ciśnienia.

Punkt potrójny benzenu

W przypadku podobnym do cykloheksanu benzen (związek organiczny o wzorze chemicznym C ₆ H ₆ ) ma warunki potrójne, które można łatwo odtworzyć w laboratorium.

Jego wartości to 278,5 K i 4,83 kPa, więc często eksperymentuje się z tym składnikiem na poziomie początkującym.

Bibliografia

1. Wikipedia. (sf). Wikipedia. Pobrane z en.wikipedia.org
2. Britannica, E. (1998). Encyklopedia Britannica. Pobrane z britannica.com
3. Moc, N. (sf). Energia atomowa. Pobrane z nucle-power.net
4. Wagner, W., Saul, A. i Prub, A. (1992). Międzynarodowe równania ciśnienia wzdłuż topnienia i wzdłuż krzywej sublimacji zwykłej wody. Bochum.
5. Penoncello, SG, Jacobsen, RT i Goodwin, AR (1995). Formulacja właściwości termodynamicznych dla cykloheksanu.