Den tredobbelte punkt er et begreb inden for termodynamik, der refererer til den temperatur og det tryk, hvor tre faser af et stof findes samtidigt i en tilstand af termodynamisk ligevægt. Dette punkt findes for alle stoffer, skønt betingelserne, hvorunder de opnås, varierer enormt mellem hver enkelt.
Et tredobbelt punkt kan også involvere mere end en fase af samme type for et specifikt stof; det vil sige, at to forskellige faste, flydende eller gasfaser observeres. Helium, især isotopen helium-4, er et godt eksempel på et tredobbelt punkt, der involverer to individuelle fluidfaser: normal væske og overfladisk.
Tredelpunktsegenskaber
Vandets tredobbelte punkt bruges til at definere kelvin, baseenheden for termodynamisk temperatur i det internationale enhedssystem (SI). Denne værdi indstilles ved definition snarere end målt.
Trippelpunkterne for hvert stof kan observeres ved brug af fasediagrammer, som er afbildede grafer, der gør det muligt at demonstrere de begrænsende betingelser for de faste, flydende, gasformige faser (og andre, i særlige tilfælde) af et stof, mens det er de udøver ændringer i temperatur, tryk og / eller opløselighed.
Et stof kan findes på dets smeltepunkt, hvor det faste stof møder væsken; det kan også findes på dets kogepunkt, hvor væske møder gas. Imidlertid er det på det tredobbelte punkt, at de tre faser opnås. Disse diagrammer vil være forskellige for hvert stof, som det vil ses senere.
Triple point kan bruges effektivt til kalibrering af termometre ved hjælp af triple point celler.
Dette er prøver af stoffer under isolerede forhold (inde i "celler" i glas), der er på deres tredobbelte punkt under kendte temperatur- og trykforhold, og således letter studiet af præcisionen af termometermålinger.
Undersøgelsen af dette koncept er også blevet brugt i udforskningen af planeten Mars, hvor der blev gjort et forsøg på at kende havniveauet under missioner, der blev udført i 1970'erne.
Tredobbelt vand
De nøjagtige betingelser for tryk og temperatur, hvormed vand sameksisterer i dets tre ligevægtsfaser - flydende vand, is og damp - forekommer ved en temperatur på nøjagtigt 273,16 K (0,01 ºC) og et delvist damptryk af 611.656 pascaler (0,00603659 atm).
På dette tidspunkt er stoffets omdannelse til en hvilken som helst af de tre faser mulig med minimale ændringer i dets temperatur eller tryk. Selvom systemets samlede tryk kunne være over det, der kræves til tredobbelt punkt, hvis dampens deltryk er 611.656 Pa, når systemet tredobbelt punkt på samme måde.
Det er muligt i den forrige figur at observere repræsentationen af triple point (eller triple point, på engelsk) af et stof, hvis diagram ligner det for vand, i henhold til temperaturen og trykket, der kræves for at nå denne værdi.
For vand svarer dette punkt til det mindste tryk, hvormed flydende vand kan eksistere. Ved tryk, der er mindre end dette tredobbelte punkt (for eksempel i et vakuum), og når der anvendes konstant opvarmning af varme, omdannes fast is direkte til vanddamp uden at passere gennem væske; Dette er en proces kaldet sublimering.
Ud over dette minimale tryk (P tp) smelter isen først for at danne flydende vand, og kun der vil den fordampe eller koge for at danne damp.
For mange stoffer er temperaturværdien på det tredobbelte punkt den minimale temperatur, hvormed væskefasen kan eksistere, men dette sker ikke i tilfælde af vand. For vand sker dette ikke, da isens smeltepunkt falder som en funktion af trykket, som vist med den grønne prikkede linje i det forrige figur.
I faser med højt tryk har vand et temmelig komplekst fasediagram, hvor femten kendte isfaser vises (ved forskellige temperaturer og tryk), ud over ti forskellige tredobbelte punkter, der visualiseres i den følgende figur:
Det kan bemærkes, at der under høje trykforhold kan eksistere is i ligevægt med væske; Diagrammet viser, at smeltepunkterne øges med trykket. Ved konstante lave temperaturer og stigende tryk kan dampen omdannes direkte til is uden at gå gennem væskefasen.
Også repræsenteret i dette diagram er de forskellige forhold, der forekommer på planeter, hvor tredobbeltpunktet er blevet undersøgt (Jorden ved havoverfladen og i den ækvatoriale zone Mars).
Diagrammet gør det klart, at tredobbeltpunktet varierer afhængigt af placeringen af grunde af atmosfærisk tryk og temperatur, og ikke kun på grund af eksperimentets indgriben.
Cyclohexane tredobbelt punkt
Cyclohexan er en cycloalkan, der har den molekylære formel af C 6 H 12. Dette stof har det særegne ved at have tredobbelte betingelser, der let kan reproduceres, som for vand, da dette punkt er placeret ved en temperatur på 279,47 K og et tryk på 5,388 kPa.
Under disse betingelser er forbindelsen observeret kogende, størknet og smeltet med minimale ændringer i temperatur og tryk.
Benzen tredobbelt punkt
I et tilfælde svarende til cyclohexan, benzen (en organisk forbindelse med den kemiske formel C 6 H 6) har tredobbelt punkt forhold, der er let at reproducere i et laboratorium.
Dens værdier er 278,5 K og 4,83 kPa, så eksperimentering med denne komponent på begynderniveau er også almindelig.
Referencer
- Wikipedia. (Sf). Wikipedia. Hentet fra en.wikipedia.org
- Britannica, E. (1998). Encyclopedia Britannica. Hentet fra britannica.com
- Power, N. (sf). Atomkraft. Hentet fra atomkraft.net
- Wagner, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). Internationale ligninger for trykket langs smeltningen og langs sublimeringskurven for almindeligt vand. Bochum.
- Penoncello, SG, Jacobsen, RT, & Goodwin, AR (1995). En termodynamisk egenskabsformulering til cyclohexan.