ПОТРІЙНА ТОЧКА: ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДИ, ЦИКЛОГЕКСАНУ ТА БЕНЗОЛУ - ФІЗИЧНІ - 2025

Потрійна точка є терміном в області термодинаміки , що відноситься до температури і тиску , в якому існує три фаза речовини одночасно в стані термодинамічної рівноваги. Цей пункт існує для всіх речовин, хоча умови, в яких вони досягаються, сильно різняться між собою.

Потрійна точка може також включати більше однієї фази одного типу для конкретної речовини; тобто спостерігаються дві різні тверді, рідкі або газові фази. Гелій, зокрема його ізотопний гелій-4, є хорошим прикладом потрійної точки, що включає дві окремі фази рідини: нормальну рідину та надлишок.

Характеристика потрійних точок

Потрійна точка води використовується для визначення кельвіна, базової одиниці термодинамічної температури в міжнародній системі одиниць (СІ). Це значення встановлюється за визначенням, а не вимірюється.

Потрійні точки кожної речовини можна спостерігати із застосуванням фазових діаграм, які є побудованими графіками, що дозволяють продемонструвати граничні умови твердої, рідкої, газоподібної фаз (та інших, в особливих випадках) речовини, поки вона не є вони здійснюють зміни температури, тиску та / або розчинності.

Речовину можна знайти в точці її плавлення, при якій тверда речовина зустрічається з рідиною; його також можна знайти в точці кипіння, де рідина зустрічається з газом. Однак саме в тримісні точки досягаються три фази. Ці діаграми будуть різними для кожної речовини, як це буде показано пізніше.

Потрійну точку можна ефективно використовувати для калібрування термометра, використовуючи осередки з потрійною точкою.

Це зразки речовин в ізольованих умовах (всередині скляних «комірок»), які знаходяться у їхній потрійній точці за відомих температурних та тискних умов, і тим самим полегшують вивчення точності вимірювань термометра.

Дослідження цієї концепції було використано також при дослідженні планети Марс, в ході якої було здійснено спробу пізнати рівень моря під час місій, здійснених у 1970-х роках.

Потрійна точка води

Точні умови тиску та температури, за яких вода співіснує у трьох її рівноважних фазах - рідкій воді, льоду та парі - відбуваються при температурі рівно 273,16 К (0,01 ° С) та парціальному тиску пари 611,656 паскалів (0,00603659 атм).

У цей момент можлива конверсія речовини в будь-яку з трьох фаз при мінімальних змінах її температури або тиску. Навіть незважаючи на те, що загальний тиск системи може бути вище, ніж потрібно для потрійної точки, якщо парціальний тиск пари становить 611,656 Па, система досягне потрійної точки таким же чином.

На попередньому малюнку можна спостерігати подання потрійної точки (або потрійної точки англійською мовою) речовини, діаграма якої аналогічна схемі води, відповідно до температури та тиску, необхідних для досягнення цього значення.

Що стосується води, ця точка відповідає мінімальному тиску, при якому може існувати рідка вода. При тиску нижче цієї потрійної точки (наприклад, у вакуумі) та при використанні постійного нагріву під тиском твердий лід буде перетворюватися безпосередньо у водяну пару, не проходячи через рідину; Це процес, який називається сублімацією.

За межами цього мінімального тиску (P _tp ) лід спочатку буде танути, утворюючи рідку воду, і лише там він випарується або кипить, утворюючи пари.

Для багатьох речовин значення температури в його потрійній точці є мінімальною температурою, при якій може існувати рідка фаза, але це не відбувається у випадку води. Для води цього не відбувається, оскільки температура плавлення льоду зменшується як функція тиску, як показано зеленою пунктирною лінією на попередньому малюнку.

У фазах високого тиску вода має досить складну фазову діаграму, в якій показано п'ятнадцять відомих крижаних фаз (при різних температурах і тиску), крім десяти різних потрійних точок, які візуалізуються на наступному малюнку:

Можна зазначити, що в умовах високого тиску лід може існувати в рівновазі з рідиною; на діаграмі видно, що температури плавлення збільшуються з тиском. При постійних низьких температурах і підвищенні тиску пари можуть перетворюватися безпосередньо в лід, не переходячи через рідку фазу.

На цій діаграмі також представлені різні умови, що виникають на планетах, де вивчалася потрійна точка (Земля на рівні моря та в екваторіальній зоні Марса).

З діаграми видно, що потрійна точка змінюється залежно від місця розташування з причин атмосферного тиску та температури, а не лише від експериментатора.

Циклогексан потрійний

Циклогексан - це циклоалкан, який має молекулярну формулу C ₆ H ₁₂ . Ця речовина має особливість мати умови потрійних точок, які можна легко відтворити, як у випадку з водою, оскільки ця точка знаходиться при температурі 279,47 К і тиску 5,388 кПа.

За цих умов з'єднання спостерігали кипіння, затвердіння та плавлення при мінімальних змінах температури та тиску.

Потрійна точка Бензолу

У випадку, подібному циклогексану, бензол (органічна сполука з хімічною формулою C ₆ H ₆ ) має умови потрійних точок, які легко відтворюються в лабораторії.

Його значення становлять 278,5 К і 4,83 кПа, тому експерименти з цим компонентом на початковому рівні також поширені.

Список літератури

1. Вікіпедія. (sf). Вікіпедія. Отримано з en.wikipedia.org
2. Британіка, Е. (1998). Енциклопедія Британіка. Отримано з britannica.com
3. Потужність, Н. (сф). Ядерна енергетика. Отримано з ядерної енергії
4. Wagner, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). Міжнародні рівняння тиску вздовж плавлення та по кривій сублімації звичайної води. Бохум.
5. Penoncello, SG, Jacobsen, RT, & Goodwin, AR (1995). Термодинамічна властивість для циклогексану.