ТРОЙНА ТОЧКА: ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ВОДА, ЦИКЛОХЕКСАН И БЕНЗЕН - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

На тройната точка е термин в областта на термодинамиката, който се отнася до температурата и налягането, при които съществуват едновременно три фази на вещество в състояние на термодинамично равновесие. Тази точка съществува за всички вещества, въпреки че условията, при които са постигнати, варират значително между отделните.

Една тройна точка може също да включва повече от една фаза от един и същи вид за конкретно вещество; тоест се наблюдават две различни твърди, течни или газови фази. Хелийът, по-специално неговият изотоп хелий-4, е добър пример за тройна точка, включваща две отделни течни фази: нормална течност и свръхтечност.

Характеристики на тройната точка

Тройната точка на водата се използва за определяне на келвина, основната единица на термодинамичната температура в международната система от единици (SI). Тази стойност е зададена по дефиниция, а не измерена.

Тройните точки на всяко вещество могат да се наблюдават с използването на фазови диаграми, които са начертани графики, които позволяват да се демонстрират ограничителните условия на твърдата, течна, газообразна фаза (и други, в специални случаи) на веществото, докато то е те упражняват промени в температурата, налягането и / или разтворимостта.

Вещество може да се намери в точката му на топене, при което твърдото вещество се среща с течността; може да се намери и в точката на кипене, където течността среща газ. Трите фази обаче са постигнати. Тези диаграми ще бъдат различни за всяко вещество, както ще се види по-нататък.

Тройна точка може да се използва ефективно при калибриране на термометъра, като се използват клетки с тройни точки.

Това са проби от вещества в изолирани условия (вътре в стъклени "клетки"), които са в тройната им точка при известни температурни и налягащи условия и по този начин улесняват изследването на точността на измерванията на термометъра.

Изследването на тази концепция е използвано и при проучването на планетата Марс, при което се прави опит да се знае нивото на морето по време на мисии, извършвани през 70-те години.

Тройна точка на водата

Прецизните условия на налягане и температура, при които водата съществува в трите фази на равновесие - течна вода, лед и пара - възникват при температура от точно 273,16 К (0,01 ° С) и парциално налягане на парите от 611.656 пасажи (0,00603659 атм).

На този етап превръщането на веществото в някоя от трите фази е възможно с минимални промени в неговата температура или налягане. Въпреки че общото налягане на системата може да бъде над това, което се изисква за тройната точка, ако парциалното налягане на парите е 611.656 Па, системата ще достигне тройната точка по същия начин.

Възможно е на предишната фигура да се наблюдава представянето на тройната точка (или тройната точка на английски език) на вещество, чиято диаграма е подобна на тази на водата, в зависимост от температурата и налягането, необходими за достигане на тази стойност.

При водата тази точка съответства на минималното налягане, при което може да съществува течна вода. При налягания, по-малки от тази тройна точка (например във вакуум) и когато се използва загряване 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 (P _tp), ледът първо ще се стопи, за да се образува течна вода, и само там ще се изпари или кипи до образуване на пари.

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

Във фази с високо налягане водата има доста сложна фазова диаграма, в която са показани петнадесет известни фази на лед (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 течност; диаграмата показва, че точките на топене се увеличават с налягане. При постоянни ниски температури и нарастващо налягане парата може да се трансформира директно в лед, без да преминава през течната фаза.

В тази диаграма са представени и различните условия, които се срещат на планетите, където е изучена тройната точка (Земята на морско равнище и в екваториалната зона на Марс).

От диаграмата става ясно, че тройната точка варира в зависимост от местоположението поради атмосферно налягане и температура, а не само поради намесата на експериментатора.

Циклохексан тройна точка

Циклохексан е циклоалкан, която има молекулна формула C ₆ H ₁₂. Това вещество има особеността да има условия на тройни точки, които могат лесно да се възпроизведат, както в случая на вода, тъй като тази точка е разположена при температура 279,47 К и налягане 5,388 kPa.

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

Бензен тройна точка

В случай, подобен на циклохексан, бензен (органично съединение с химична формула C ₆ H ₆) притежава тройни условия точка, които са лесно възпроизводим в лаборатория.

Стойностите му са 278,5 K и 4,83 kPa, така че експериментирането с този компонент на ниво начинаещо също е често.

Препратки

1. Wikipedia. (SF). Wikipedia. Извлечено от en.wikipedia.org
2. Britannica, E. (1998). Енциклопедия Британика. Извлечено от britannica.com
3. Мощност, N. (sf). Ядрената енергия. Извлечено от ядрена сила
4. Wagner, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). Международни уравнения за налягането по време на топенето и по кривата на сублимация на обикновената вода. Бохум.
5. Penoncello, SG, Jacobsen, RT, & Goodwin, AR (1995). Термодинамично свойство за циклохексан.