Потрійні характеристики води, циклогексану та бензолу



The потрійна точка є терміном в області термодинаміки, що відноситься до температури і тиску, в яких існують одночасно три фази речовини в стані термодинамічної рівноваги. Ця точка існує для всіх речовин, хоча умови, в яких вони досягаються, значно відрізняються між собою.

Потрійна точка може також включати більше однієї фази одного типу для конкретної речовини; тобто, спостерігаються дві різні фази твердої речовини, рідини або газу. Гелій, зокрема його ізотоп гелій-4, є хорошим прикладом потрійної точки, що включає дві індивідуальні фази: нормальну та надплинну рідина.

Індекс

  • 1 Характеристики потрійної точки
  • 2 Потрійна точка води
  • 3 Потрійна точка циклогексану
  • 4 Потрійна точка бензолу
  • 5 Посилання

Характеристики потрійної точки

Потрійна точка води використовується для визначення Кельвіна, базової одиниці термодинамічної температури в міжнародній системі одиниць (СІ). Це значення фіксується за визначенням замість вимірюваного.

Потрійні точки кожної речовини можна спостерігати з використанням фазових діаграм, на яких нанесені графіки, що дозволяють продемонструвати граничні умови твердої, рідкої, газоподібної фаз (та інших, в особливих випадках) речовини, хоча вони впливають на зміну температури, тиску та / або розчинності.

Субстанцію можна знайти в точці плавлення, в якій тверда речовина зустрічається з рідиною; Його також можна знайти в точці кипіння, де рідина зустрічається з газом. Проте вона знаходиться в потрійній точці, де досягаються всі три фази. Ці діаграми будуть різними для кожної речовини, як буде показано пізніше.

Потрійна точка може ефективно використовуватися при калібруванні термометрів, використовуючи потрійні осередки.

Це зразки речовин в ізольованих умовах (всередині скляних «клітин»), які знаходяться в їх потрійній точці з відомими умовами температури і тиску, і таким чином полегшують вивчення точності вимірювань термометра.

Дослідження цієї концепції також використовувалося при дослідженні планети Марс, в якій намагалися дізнатися рівень моря під час місій, які проводилися в десятиліття 1970-х років..

Потрійна точка води

Точні умови тиску і температури, при яких вода співіснує в трьох фазах в рівновазі - рідка вода, лід і пара - відбуваються при температурі рівно 273,16 К (0,01 ° С) і парціальному тиску пари. 611 656 паскалів (0,00603659 атм).

У цей момент можна перетворити речовину на будь-яку з трьох фаз з мінімальними змінами її температури або тиску. Незважаючи на те, що загальний тиск системи може бути розташований вище необхідного для потрійної точки, якщо парціальний тиск пари дорівнює 611,656 Па, система досягне трьохкратної точки однаково.

У попередньому рисунку можна спостерігати подання потрійної точки (або потрійна точка, англійською) речовини, діаграма якої подібна до води, відповідно до температури та тиску, необхідних для досягнення цього значення.

У випадку води ця точка відповідає мінімальному тиску, при якому може існувати рідка вода. При тисках, менших за цю потрійну точку (наприклад, у вакуумі) і при використанні нагрівання постійного тиску, твердий лід перетворюється безпосередньо у водяну пару, не проходячи через рідину; це процес, який називається сублімацією.

Вище цього мінімального тиску (Рtp), лід спочатку плавиться, щоб утворити рідку воду, і лише потім він випарується або кип'ятиться, щоб утворити пару.

Для багатьох речовин значення температури в його потрійній точці - це мінімальна температура, при якій може існувати рідка фаза, але цього не відбувається у випадку води. Для води цього не відбувається, оскільки температура плавлення льоду зменшується в залежності від тиску, як показано зеленою пунктирною лінією попереднього малюнка..

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

Можна відзначити, що в умовах високого тиску лід може існувати в рівновазі з рідиною; Діаграма показує, що точки плавлення збільшуються з тиском. При постійних низьких температурах і збільшенні тиску пар може бути перетворений безпосередньо в лід, не проходячи через рідку фазу.

На цій схемі також представлені різні умови, що відбуваються на планетах, де досліджено потрійну точку (Земля на рівні моря і в екваторіальній зоні Марса)..

На діаграмі ясно, що потрійна точка змінюється в залежності від місця розташування з причин атмосферного тиску і температури, а не тільки втручанням експериментатора..

Потрійна точка циклогексану

Циклогексан являє собою циклоалкан, який має молекулярну формулу С6H12. Ця речовина має особливість, що має умови потрійної точки, які можна легко відтворити, як у випадку води, оскільки ця точка знаходиться при температурі 279,47 К і тиску 5,388 кПа.

В цих умовах спостерігалося кип'ятіння з'єднання, затвердіння і плавлення з мінімальними змінами температури і тиску.

Бензол потрійна точка

У випадку, подібному циклогексану, бензол (органічна сполука з хімічною формулою С6H6) в лабораторії легко відтворюються потрійні точки.

Її значення становлять 278,5 К і 4,83 кПа, тому також спільно експериментувати з цим компонентом на рівні початківців.

Список літератури

  1. Вікіпедія. (s.f.). Вікіпедія. Отримано з en.wikipedia.org
  2. Britannica, E. (1998). Енциклопедія Британіка. Отримано з britannica.com
  3. Power, N. (s.f.). Атомна енергетика. Отримано з ядерної енергії
  4. Wagner, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). Міжнародні рівняння тиску вздовж плавлення і вздовж кривої сублімації звичайної води. Бохум.
  5. Penoncello, S.G., Jacobsen, R.T., & Goodwin, A.R. (1995). Склад термодинамічної властивості циклогексану.