TRĪSKĀRŠAIS PUNKTS: ŪDENS, CIKLOHEKSĀNA UN BENZOLA ĪPAŠĪBAS - FIZISKĀ - 2025

Triple punkts ir termins jomā thermodynamics, kas attiecas uz temperatūras un spiediena, kurā trīs posmi vielas pastāv vienlaicīgi stāvoklī termodinamiskā līdzsvara. Šis punkts pastāv visām vielām, kaut arī apstākļi, kādos tās tiek sasniegtas, katrā no tām ir ļoti atšķirīgi.

Trīskāršais punkts var ietvert arī vairākas viena veida fāzes konkrētai vielai; tas ir, tiek novērotas divas dažādas cietās, šķidrās vai gāzes fāzes. Hēlijs, it īpaši tā izotops hēlijs-4, ir labs trīskāršā punkta piemērs, kurā iesaistītas divas atsevišķas šķidruma fāzes: normāls šķidrums un superšķidrums.

Trīspunktu raksturlielumi

Ūdens trīskāršo punktu izmanto, lai noteiktu kelvinu, termodinamiskās temperatūras pamatvienību starptautiskajā mērvienību sistēmā (SI). Šo vērtību nosaka pēc definīcijas, nevis mēra.

Katras vielas trīskāršos punktus var novērot, izmantojot fāžu diagrammas, kurām ir diagrammas, kas ļauj parādīt vielas cietās, šķidrās, gāzveida fāzes (un citos, īpašos gadījumos) ierobežojošos apstākļus, kamēr viela ir tie izmaina temperatūru, spiedienu un / vai šķīdību.

Vielu var atrast tās kušanas temperatūrā, kurā cietā viela nonāk šķidrumā; to var atrast arī vārīšanās temperatūrā, kur šķidrums sakrīt ar gāzi. Tomēr trīs fāzes tiek sasniegtas trīskāršā punktā. Šīs diagrammas katrai vielai būs atšķirīgas, kā tas būs redzams vēlāk.

Trīspunktu punktu var efektīvi izmantot termometra kalibrēšanā, izmantojot trīskāršu punktu šūnas.

Tie ir vielu paraugi izolētos apstākļos (stikla "elementu iekšpusē"), kas atrodas to trīskāršajā punktā zināmos temperatūras un spiediena apstākļos, un tādējādi atvieglo termometra mērījumu precizitātes izpēti.

Šīs koncepcijas pētījums tika izmantots arī Marsa planētas izpētē, kurā 70. gados veikto misiju laikā tika mēģināts uzzināt jūras līmeni.

Ūdens trīskāršais punkts

Precīzi spiediena un temperatūras apstākļi, kādos ūdens eksistē trīs fāzēs līdzsvara stāvoklī - šķidrā ūdenī, ledus un tvaikos -, ir precīzi 273,16 K (0,01 ºC) un pie tvaika daļēja spiediena. 611,656 paskāli (0,00603659 atm).

Šajā brīdī ir iespējama vielas pārvēršana par jebkuru no trim fāzēm ar minimālām temperatūras vai spiediena izmaiņām. Kaut arī sistēmas kopējais spiediens varētu būt lielāks par trīskāršajam punktam nepieciešamo, ja tvaika daļējais spiediens ir 611,656 Pa, sistēma trīskāršo punktu sasniegs tādā pašā veidā.

Iepriekšējā attēlā ir iespējams novērot trīskāršā punkta (vai trīskāršā punkta, angļu valodā) attēlojumu, kura diagramma ir līdzīga ūdens diagrammai, atbilstoši temperatūrai un spiedienam, kas nepieciešams, lai sasniegtu šo vērtību.

Ūdens gadījumā šis punkts atbilst minimālajam spiedienam, pie kura var pastāvēt šķidrs ūdens. Pie spiediena, kas ir zemāks par šo trīskāršo punktu (piemēram, vakuumā) un izmantojot pastāvīgu spiediena sildīšanu, cietais ledus pārvēršas tieši ūdens tvaikos, neizlaižot šķidrumu; Tas ir process, ko sauc par sublimāciju.

Pārsniedzot šo minimālo spiedienu (P _tp ), ledus vispirms izkusīs, veidojot šķidru ūdeni, un tikai tur tas iztvaikos vai vārīsies, veidojot tvaikus.

Daudzām vielām temperatūras vērtība trīskāršajā punktā ir minimālā temperatūra, pie kuras var pastāvēt šķidrā fāze, bet ūdens gadījumā tā nenotiek. Ūdenim tas nenotiek, jo ledus kušanas temperatūra samazinās kā spiediena funkcija, kā parādīts iepriekšējā attēlā ar zaļo punktoto līniju.

Augstspiediena fāzēs ūdenim ir diezgan sarežģīta fāžu diagramma, kurā parādīti piecpadsmit zināmās ledus fāzes (dažādās temperatūrās un spiedienos), papildus desmit dažādiem trīskāršiem punktiem, kas parādīti šajā attēlā:

Var atzīmēt, ka augsta spiediena apstākļos ledus var pastāvēt līdzsvarā ar šķidrumu; diagramma parāda, ka kušanas punkti palielinās līdz ar spiedienu. Pastāvīgi zemā temperatūrā un pieaugot spiedienam, tvaiki var pārveidoties tieši ledus, neizietot cauri šķidruma fāzei.

Šajā diagrammā ir attēloti arī dažādi apstākļi, kas rodas uz planētām, kur pētīts trīskāršais punkts (Zeme jūras līmenī un Marsa ekvatoriālajā zonā).

Diagramma skaidri parāda, ka trīskāršais punkts mainās atkarībā no atrašanās vietas atmosfēras spiediena un temperatūras, nevis tikai eksperimenta iejaukšanās dēļ.

Cikloheksāna trīskāršais punkts

Cikloheksāns ir cikloalkāns, kura molekulārā formula ir C ₆ H ₁₂ . Šai vielai ir tāda īpatnība, ka tai ir trīspunktu apstākļi, kurus var viegli reproducēt, tāpat kā ūdens gadījumā, jo šis punkts atrodas 279,47 K temperatūrā un 5,388 kPa spiedienā.

Šajos apstākļos tika novērots, ka savienojums vārās, sacietē un izkausē ar minimālām temperatūras un spiediena izmaiņām.

Benzola trīskāršais punkts

Gadījumā, kas līdzīgs cikloheksānam, benzols (organiskais savienojums ar ķīmisko formulu C ₆ H ₆ ) ir ar trīskāršu punktu nosacījumiem, kas ir viegli reproducējami laboratorijā.

Tās vērtības ir 278,5 K un 4,83 kPa, tāpēc arī eksperimenti ar šo komponentu iesācēju līmenī ir izplatīti.

Atsauces

1. Wikipedia. (sf). Wikipedia. Saturs iegūts no en.wikipedia.org
2. Britannica, E. (1998). Enciklopēdija Britannica. Izgūts no britannica.com
3. Jauda, ​​N. (sf). Kodolenerģija. Saņemts no atom-power.net
4. Vāgners, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). Starptautiskie vienādojumi spiedienam parasta ūdens ūdens kušanas un sublimācijas līknē. Bohums.
5. Penoncello, SG, Jacobsen, RT, & Goodwin, AR (1995). Termodinamisko īpašību formula cikloheksānam.