Трехточечные характеристики воды, циклогексана и бензола



тройная точка это термин в области термодинамики, который относится к температуре и давлению, при которых одновременно находятся три фазы вещества в состоянии термодинамического равновесия. Эта точка существует для всех веществ, хотя условия, в которых они достигаются, сильно различаются между.

Тройная точка также может включать более одной фазы одного типа для конкретного вещества; то есть наблюдаются две разные фазы твердого вещества, жидкости или газа. Гелий, в частности его изотоп гелий-4, является хорошим примером тройной точки, включающей две отдельные жидкие фазы: нормальную и сверхтекучую жидкость.

индекс

  • 1 Характеристика тройной точки
  • 2 Тройная точка воды
  • 3 Тройная точка циклогексана
  • 4 Тройная точка бензола
  • 5 ссылок

Характеристики тройной точки

Тройная точка воды используется для определения Кельвина, базовой единицы термодинамической температуры в международной системе единиц (СИ). Это значение фиксируется по определению, а не измеряется.

Тройные точки каждого вещества можно наблюдать с помощью фазовых диаграмм, которые представляют собой построенные графики, которые позволяют демонстрировать ограничивающие условия для твердой, жидкой, газообразной фаз (и других, в особых случаях) вещества, в то время как они проявляют изменения температуры, давления и / или растворимости.

Вещество может быть найдено в его точке плавления, в которой твердое вещество встречается с жидкостью; Это может также быть найдено в его точке кипения, где жидкость встречает газ. Однако именно в тройной точке достигаются все три этапа. Эти диаграммы будут отличаться для каждого вещества, как будет видно позже.

Тройная точка может эффективно использоваться при калибровке термометров с использованием трехточечных ячеек.

Это образцы веществ в изолированных условиях (внутри стеклянных «ячеек»), которые находятся в тройной точке с известными условиями температуры и давления и, таким образом, облегчают изучение точности измерений термометром..

Изучение этой концепции также использовалось при исследовании планеты Марс, на которой пытались узнать уровень моря во время миссий, которые проводились в десятилетие 1970-х годов..

Тройная точка воды

Точные условия давления и температуры, при которых вода сосуществует в трех равновесных фазах - жидкая вода, лед и пар - происходят при температуре ровно 273,16 К (0,01 ° С) и парциальном давлении пара. 611 656 паскалей (0,00603659 атм).

В этот момент возможно преобразовать вещество в любую из трех фаз с минимальными изменениями его температуры или давления. Даже если общее давление системы может быть выше требуемого для тройной точки, если парциальное давление пара составляет 611 656 Па, система достигнет тройной точки в равной степени..

На предыдущем рисунке можно наблюдать представление тройной точки (или тройная точка, на английском языке) вещества, диаграмма которого аналогична диаграмме воды, в зависимости от температуры и давления, необходимых для достижения этого значения.

В случае воды эта точка соответствует минимальному давлению, при котором может существовать жидкая вода. При давлениях, меньших этой тройной точки (например, в вакууме), и при использовании нагрева с постоянным давлением твердый лед будет превращаться непосредственно в водяной пар, не проходя через жидкость; этот процесс называется сублимацией.

За пределами этого минимального давления (Pф), лед сначала растает, образуя жидкую воду, и только потом он испарится или закипит, образовав пар.

Для многих веществ значение температуры в его тройной точке является минимальной температурой, при которой может существовать жидкая фаза, но это не происходит в случае воды. Для воды этого не происходит, поскольку температура плавления льда уменьшается в зависимости от давления, как показано зеленой пунктирной линией на предыдущем рисунке..

В фазах высокого давления вода имеет довольно сложную фазовую диаграмму, на которой показаны пятнадцать известных фаз льда (при разных температурах и давлениях), в дополнение к десяти различным тройным точкам, которые представлены на следующем рисунке:

Можно отметить, что в условиях высокого давления лед может существовать в равновесии с жидкостью; Диаграмма показывает, что температуры плавления увеличиваются с давлением. При постоянных низких температурах и повышающемся давлении пар может превращаться непосредственно в лед, не проходя через жидкую фазу.

Различные условия, которые возникают на планетах, где изучалась тройная точка (Земля на уровне моря и в экваториальной области Марса), также представлены на этой диаграмме..

Диаграмма ясно показывает, что тройная точка изменяется в зависимости от местоположения по причинам атмосферного давления и температуры, а не только от вмешательства экспериментатора..

Тройная точка циклогексана

Циклогексан представляет собой циклоалкан, который имеет молекулярную формулу C6H12. Это вещество имеет особенность наличия трехточечных условий, которые можно легко воспроизвести, как в случае с водой, поскольку эта точка находится при температуре 279,47 К и давлении 5 388 кПа..

В этих условиях наблюдается кипение, затвердевание и плавление соединения с минимальными изменениями температуры и давления..

Бензол тройная точка

В случае, аналогичном циклогексану, бензол (органическое соединение с химической формулой C6H6) легко воспроизвела условия тройной точки в лаборатории.

Его значения составляют 278,5 К и 4,83 кПа, поэтому также часто экспериментируют с этим компонентом на начальном уровне..

ссылки

  1. Wikipedia. (Н.Д.). Wikipedia. Получено с en.wikipedia.org
  2. Britannica, E. (1998). Энциклопедия Британика. Получено с сайта britannica.com
  3. Мощность, Н. (с.ф.). Ядерная энергетика Получено с nuclear-power.net
  4. Вагнер В., Саул А. и Пруб А. (1992). Международные уравнения для давления вдоль таяния и вдоль сублимационной кривой обычной воды. Бохум.
  5. Penoncello S.G., Jacobsen R.T. & Goodwin A.R. (1995). Формула термодинамических свойств для циклогексана.