Trippelpunkt: Kjennetegn ved vann, cykloheksan og benzen

Tredobbeltpunktet er et begrep innen termodynamikk som refererer til temperatur og trykk der det samtidig er tre faser av et stoff i en tilstand av termodynamisk likevekt. Dette punktet eksisterer for alle stoffer, selv om betingelsene de er oppnådd varierer enormt mellom hver enkelt.

Et trippelpunkt kan også involvere mer enn en fase av samme type for en bestemt substans; det vil si at to forskjellige faser av fast, væske eller gass observeres. Helium, spesielt helium-4-isotopen, er et godt eksempel på et trippelpunkt som involverer to individuelle væskefaser: normal og overflødig væske.

Kjennetegn ved trippelpunktet

Det tredobbelte punktet av vann brukes til å definere Kelvin, basenheten for termodynamisk temperatur i det internasjonale systemet av enheter (SI). Denne verdien er fastsatt per definisjon i stedet for målt.

Trippelpunktene til hvert stoff kan observeres ved bruk av fasediagrammer, som er tegnet grafer som tillater å vise begrensningsbetingelsene for de faste, flytende, gassfasene (og andre, i spesielle tilfeller) av et stoff mens de utøver endringer i temperatur, trykk og / eller oppløselighet.

Et stoff kan bli funnet ved dets smeltepunkt hvor det faste stoffet møter væsken; Det kan også bli funnet ved sitt kokepunkt hvor væsken møter gassen. Det er imidlertid på trippelpunktet der alle tre faser er oppnådd. Disse diagrammene vil være forskjellige for hvert stoff, slik det vil sees senere.

Tredobbeltpunktet kan brukes effektivt ved kalibrering av termometre, ved bruk av trippelpunktceller.

Dette er prøver av stoffer under isolerte forhold (i glass "celler") som er ved sitt trippelpunkt med kjente temperatur- og trykkforhold, og dermed lette studiet av nøyaktigheten av termometermålinger.

Studiet av dette konseptet har også blitt brukt i utforskningen av planeten Mars, hvor det ble forsøkt å vite havnivået under oppdrag som ble utført i 1970-tallet.

Tredobbelt vannpunkt

De presise forhold for trykk og temperatur der vann sameksisterer i sine tre faser i likevekt - flytende vann, is og damp - forekommer ved en temperatur på nøyaktig 273, 16 K (0, 01 ° C) og et delvis damptrykk av 611.656 pascals (0.00603659 atm).

På dette tidspunktet er det mulig å konvertere stoffet til noen av de tre faser med minimal endring i temperatur eller trykk. Selv om systemets totale trykk kan ligge over det som er nødvendig for trippelpunktet, dersom partialtrykket av damp er på 611.656 Pa, vil systemet nå trippelpunktet like.

Det er mulig å observere i forrige figur representasjonen av trippelpunktet (eller trippelpunktet på engelsk) av et stoff hvis diagram ligner på vann, i henhold til temperatur og trykk som kreves for å nå denne verdien.

Ved vann er dette punktet det minste trykket der flytende vann kan eksistere. Ved trykk mindre enn dette trippelpunktet (for eksempel i vakuum) og når en konstant trykkvarme brukes, vil den faste isen konvertere direkte til vanndamp uten å passere gjennom væske; Dette er en prosess som kalles sublimering.

Utover dette minstetrykket (P _tp ), smelter isen først for å danne flytende vann, og først da vil det fordampe eller koke for å danne damp.

For mange stoffer er temperaturverdien ved sitt trippelpunkt den laveste temperaturen ved hvilken væskefasen kan eksistere, men dette skjer ikke når det gjelder vann. For vann skjer dette ikke, siden isets smeltepunkt avtar, avhengig av trykket, som vist med den grønne prikkede linjen i forrige figur.

I høytrykksfasene har vannet et ganske komplisert fasediagram, hvor femten kjente isfaser er vist (ved forskjellige temperaturer og trykk), i tillegg til ti forskjellige trepunktspunkter som visualiseres i følgende figur:

Det kan bemerkes at i høytrykksforhold kan is eksistere i likevekt med væsken; Diagrammet viser at smeltepunktene øker med trykk. Ved konstant lave temperaturer og økende trykk kan dampen omdannes direkte til is uten å gå gjennom væskefasen.

De forskjellige forholdene som oppstår i planeter hvor trippelpunktet er studert (Jord på havnivå og i ekvatorialområdet i Mars) er også representert i dette diagrammet.

Diagrammet viser at trippelpunktet varierer avhengig av sted på grunn av atmosfærisk trykk og temperatur, og ikke bare av eksperimentets inngrep.

Trippelpunkt for cykloheksan

Sykloheksan er en cykloalkan som har molekylformelen av C6H12. Dette stoffet har det særegne ved å ha trepunktsbetingelser som lett kan gjengis, som i tilfelle av vann, siden dette punktet ligger ved en temperatur på 279, 47 K og et trykk på 5 388 kPa.

Under disse forholdene har forbindelsen blitt observert å koke, størkne og smelte med minimal endring i temperatur og trykk.

Bensentrippunkt

I et tilfelle som ligner cykloheksan, har benzen (organisk forbindelse med kjemisk formel C ₆ H ₆ ) lett reprodusert trippelbetingelser i et laboratorium.

Dens verdier er 278, 5 K og 4, 83 kPa, så det er også vanlig å eksperimentere med denne komponenten på nybegynnernivå.