A hármas pont egy olyan kifejezés a termodinamika területén, amely arra a hőmérsékletre és nyomásra utal, amelyben az anyag három fázisa egyidejűleg létezik termodinamikai egyensúlyi állapotban. Ez a pont minden anyag esetében létezik, bár azok elérésének körülményei óriási mértékben különböznek egymástól.
A hármas pont tartalmazhat egynél több azonos típusú fázist egy adott anyag esetében; vagyis két különféle szilárd, folyékony vagy gázfázis figyelhető meg. A hélium, különösen a hélium-4 izotópja, jó példa egy hármas pontra, amely két különálló folyadékfázist tartalmaz: normál folyadék és szuperfolyadék.
Hármas pont jellemzői
A víz hármas pontját használják a kelvin, a termodinamikai hőmérséklet alapegységének meghatározására a nemzetközi mértékegységrendszerben (SI). Ezt az értéket inkább a meghatározás határozza meg, mint mérni.
Az egyes anyagok hármas pontjai megfigyelhetők fázisdiagramok segítségével, amelyek olyan grafikonokkal vannak ábrázolva, amelyek lehetővé teszik az anyag szilárd, folyékony, gáznemű (és különös esetekben más) fázisai korlátozó körülményeinek bemutatását, amíg az hőmérsékleten, nyomáson és / vagy oldhatóságon változnak.
Az anyag olvadáspontján található, ahol a szilárd anyag megfelel a folyadéknak; a forráspontján is megtalálható, ahol a folyadék megfelel a gáznak. Ugyanakkor a három szakasz elérése a hármas ponton történik. Ezek az ábrák minden anyag esetében különböznek, amint később látni fogjuk.
A hármas pont hatékonyan használható a hőmérő kalibrálásában, hármas pont cellák felhasználásával.
Ezek olyan anyagok mintái izolált körülmények között (üvegtáblákban), amelyek hármas pontjukban vannak az ismert hőmérsékleti és nyomásviszonyok mellett, és így megkönnyítik a hőmérő méréseinek pontosságát.
Ennek a koncepciónak a tanulmányozását a Mars bolygó felfedezéséhez is felhasználták, amelyben megkíséreltek megismerni a tenger szintjét az 1970-es években végrehajtott missziók során.
Háromszoros víz
A nyomás és a hőmérséklet pontos körülményei, amelyek mellett a víz három egyensúlyi fázisában - folyékony víz, jég és gőz - párhuzamosan 273,16 K (0,01 ºC) hőmérsékleten és részleges gőznyomáson megy végbe, 611,656 paskalál (0,00603659 atm).
Ezen a ponton lehetséges az anyag átalakítása a három fázis bármelyikévé, minimális hőmérséklet- vagy nyomásváltozással. Annak ellenére, hogy a rendszer teljes nyomása meghaladhatja a hármas ponthoz szükséges értéket, ha a gőz parciális nyomása 611,656 Pa, a rendszer ugyanúgy eléri a hármas pontot.
Az előző ábrán megfigyelhető egy olyan anyag hármaspontját (vagy angolul háromszoros) ábrázolása, amelynek diagramja hasonló a vízhez, az hőmérséklet és a nyomás eléréséhez, amely ehhez az értékhez szükséges.
Víz esetében ez a pont megfelel annak a minimális nyomásnak, amelyen folyékony víz létezhet. A hármas pontnál alacsonyabb nyomáson (például vákuumban) és állandó nyomásfűtés mellett a szilárd jég közvetlenül vízgőzzé alakul át anélkül, hogy folyadékon megy keresztül; Ez egy szublimációnak nevezett folyamat.
Ezen a minimális nyomáson (P tp) túllépve a jég először megolvad és folyékony vizet képez, és csak ott elpárolog vagy forr, és gőz képződik.
Sok anyag esetében a hármaspont hőmérsékleti értéke a minimális hőmérséklet, amelyen a folyadékfázis létezhet, de víz esetében ez nem történik meg. Víznél ez nem történik meg, mivel a jég olvadáspontja a nyomás függvényében csökken, amint azt az előző ábrán látható zöld pontozott vonal mutatja.
Magas nyomású fázisokban a víz meglehetősen összetett fázissávot mutat, amelyben tizenöt ismert jégfázis látható (különböző hőmérsékleteken és nyomásokon), tíz különböző háromszoros pont mellett, amelyeket az alábbi ábra szemléltet:
Megjegyzendő, hogy nagynyomású körülmények között a jég folyadékkal egyensúlyban létezhet; az ábra azt mutatja, hogy az olvadáspont a nyomással növekszik. Állandó alacsony hőmérsékleten és növekvő nyomáson a gőz közvetlenül jégré alakulhat át anélkül, hogy átmenne a folyadékfázison.
A diagramon bemutatjuk azokat a különféle feltételeket is, amelyek a hármas pontot vizsgáló bolygókon (föld a tenger szintjén és a Mars egyenlítői övezetében) fordulnak elő.
A diagram egyértelművé teszi, hogy a hármas pont a helytől függően változik a légköri nyomás és a hőmérséklet miatt, és nem csak a kísérletező miatt.
Ciklohexán hármas pont
A ciklohexán cikloalkán, amely a molekuláris képlete C 6 H 12. Ennek az anyagnak a sajátossága, hogy hármaspontos körülményei könnyen reprodukálhatók, mint például a víz esetében, mivel ez a pont 279,47 K hőmérsékleten és 5,388 kPa nyomáson helyezkedik el.
Ilyen körülmények között megfigyelték a vegyület forrását, megszilárdulását és olvadását, minimális hőmérséklet- és nyomásváltozással.
Benzol hármas pont
A ciklohexánhoz hasonló esetben a benzolnak (egy C 6 H 6 képletű szerves vegyület) hármas pont körülmények vannak, amelyek laboratóriumban könnyen reprodukálhatók.
Értéke 278,5 K és 4,83 kPa, tehát ezen alkotóelemekkel való kísérletezés kezdő szintjén is gyakori.
Irodalom
- Wikipedia. (Sf). Wikipedia. Vissza a (z) en.wikipedia.org oldalról
- Britannica, E. (1998). Encyclopedia Britannica. Visszakeresve a britannica.com webhelyről
- Teljesítmény, N. (sf). Atomenergia. Beolvasva a atom-power.net webhelyről
- Wagner, W., Saul, A., és Prub, A. (1992). A normál víz olvadásának és szublimációs görbéjének nyomására vonatkozó nemzetközi egyenletek. Bochum.
- Penoncello, SG, Jacobsen, RT és Goodwin, AR (1995). Termodinamikai tulajdonság-összetétel a ciklohexán számára.