Χαρακτηριστικά τριπλού σημείου νερού, κυκλοεξανίου και βενζολίου



Το τριπλό σημείο είναι ένας όρος στον τομέα της θερμοδυναμικής που αναφέρεται στη θερμοκρασία και την πίεση στην οποία υπάρχουν ταυτόχρονα τρεις φάσεις μιας ουσίας σε μια κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας. Αυτό το σημείο ισχύει για όλες τις ουσίες, αν και οι συνθήκες υπό τις οποίες επιτυγχάνονται ποικίλλουν σημαντικά μεταξύ τους.

Ένα τριπλό σημείο μπορεί επίσης να περιλαμβάνει περισσότερες από μία φάσεις του ίδιου τύπου για μια συγκεκριμένη ουσία. δηλαδή ότι παρατηρούνται δύο διαφορετικές φάσεις στερεών, υγρών ή αερίων. Το ηλίθιο, ιδιαίτερα το ισότοπό του ηλίου-4, είναι ένα καλό παράδειγμα ενός τριπλού σημείου που περιλαμβάνει δύο μεμονωμένες φάσεις ρευστού: φυσιολογικό και υπερρευστό υγρό.

Ευρετήριο

  • 1 Χαρακτηριστικά του τριπλού σημείου
  • 2 Τριπλό σημείο νερού
  • 3 Τριπλό σημείο κυκλοεξανίου
  • 4 Τριπλό σημείο βενζολίου
  • 5 Αναφορές

Χαρακτηριστικά του τριπλού σημείου

Το τριπλό σημείο του ύδατος χρησιμοποιείται για τον ορισμό του Kelvin, της μονάδας βάσης της θερμοδυναμικής θερμοκρασίας στο διεθνές σύστημα μονάδων (SI). Αυτή η τιμή καθορίζεται εξ ορισμού, αντί να μετράται.

Τα τριπλά σημεία κάθε ουσίας μπορούν να παρατηρηθούν με τη χρήση διαγραμμάτων φάσης, τα οποία είναι γραφήματα γραφικών τα οποία επιτρέπουν την επίδειξη των οριακών συνθηκών των στερεών, υγρών, αερίων φάσεων (και άλλων, σε ειδικές περιπτώσεις) μιας ουσίας ενώ ασκούν μεταβολές θερμοκρασίας, πίεσης και / ή διαλυτότητας.

Μια ουσία μπορεί να βρεθεί στο σημείο τήξης στο οποίο το στερεό συναντά το υγρό. Μπορεί επίσης να βρεθεί στο σημείο βρασμού του, όπου το υγρό συναντά το αέριο. Ωστόσο, βρίσκεται στο τριπλό σημείο όπου επιτυγχάνονται και οι τρεις φάσεις. Αυτά τα διαγράμματα θα είναι διαφορετικά για κάθε ουσία, όπως θα δούμε αργότερα.

Το τριπλό σημείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά για τη βαθμονόμηση των θερμόμετρων, χρησιμοποιώντας κυψέλες τριπλού σημείου.

Πρόκειται για δείγματα ουσιών υπό απομονωμένες συνθήκες (μέσα σε γυάλινα "κύτταρα") που βρίσκονται στο τριπλό σημείο τους με γνωστές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης και έτσι διευκολύνουν τη μελέτη της ακρίβειας των μετρήσεων του θερμομέτρου.

Η μελέτη αυτής της έννοιας έχει επίσης χρησιμοποιηθεί στην εξερεύνηση του πλανήτη Άρη, στην οποία προσπάθησε να γνωρίσει το επίπεδο της θάλασσας κατά τις αποστολές που πραγματοποιήθηκαν τη δεκαετία της δεκαετίας του 1970.

Τριπλό σημείο νερού

Οι ακριβείς συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας στις οποίες συνυπάρχει το νερό στις τρεις φάσεις της σε ισορροπία - υγρό νερό, πάγος και ατμός - συμβαίνουν σε θερμοκρασία ακριβώς 273,16 K (0,01 ° C) και μερική πίεση ατμού. 611.656 pascal (0.00603659 atm).

Σε αυτό το σημείο είναι δυνατή η μετατροπή της ουσίας σε οποιαδήποτε από τις τρεις φάσεις με ελάχιστες μεταβολές στη θερμοκρασία ή την πίεση της. Παρόλο που η συνολική πίεση του συστήματος θα μπορούσε να βρίσκεται πάνω από την απαιτούμενη για το τριπλό σημείο, εάν η μερική πίεση του ατμού είναι στα 611,656 Pa, το σύστημα θα φτάσει το τριπλό σημείο εξίσου.

Είναι δυνατό να παρατηρήσουμε στο προηγούμενο σχήμα την αναπαράσταση του τριπλού σημείου (ή τριπλό σημείο, στα αγγλικά) μιας ουσίας η διάγραμμα της οποίας είναι παρόμοια με εκείνη του νερού, ανάλογα με τη θερμοκρασία και την πίεση που απαιτούνται για την επίτευξη αυτής της τιμής.

Στην περίπτωση του νερού, αυτό το σημείο αντιστοιχεί στην ελάχιστη πίεση στην οποία μπορεί να υπάρχει υγρό νερό. Σε πιέσεις μικρότερες από αυτό το τριπλό σημείο (για παράδειγμα, υπό κενό) και όταν χρησιμοποιείται θέρμανση με σταθερή πίεση, ο συμπαγής πάγος θα μετατραπεί άμεσα σε υδρατμούς χωρίς να διέλθει από το υγρό. αυτή είναι μια διαδικασία που ονομάζεται εξάχνωση.

Πέρα από αυτή την ελάχιστη πίεση (Ptp), ο πάγος πρώτα θα λιώσει για να σχηματίσει υγρό νερό, και μόνο τότε θα εξατμιστεί ή θα βράσει για να σχηματίσει ατμό.

Για πολλές ουσίες η τιμή της θερμοκρασίας στο τριπλό σημείο είναι η ελάχιστη θερμοκρασία στην οποία μπορεί να υπάρχει η υγρή φάση, αλλά αυτό δεν συμβαίνει στην περίπτωση του νερού. Για το νερό αυτό δεν συμβαίνει, αφού το σημείο τήξης του πάγου μειώνεται ανάλογα με την πίεση, όπως δείχνει η πράσινη διακεκομμένη γραμμή του προηγούμενου σχήματος.

Σε φάσεις υψηλής πίεσης το νερό έχει ένα αρκετά σύνθετο διάγραμμα φάσης, στο οποίο εμφανίζονται δεκαπέντε γνωστές φάσεις πάγου (σε διαφορετικές θερμοκρασίες και πιέσεις), επιπλέον των δέκα διαφορετικών τριπλών σημείων που απεικονίζονται στο ακόλουθο σχήμα:

Μπορεί να σημειωθεί ότι, κάτω από συνθήκες υψηλής πίεσης, ο πάγος μπορεί να υπάρχει σε ισορροπία με το υγρό. Το διάγραμμα δείχνει ότι τα σημεία τήξης αυξάνονται με πίεση. Σε σταθερές χαμηλές θερμοκρασίες και αυξανόμενη πίεση, ο ατμός μπορεί να μετατραπεί απευθείας σε πάγο χωρίς να περάσει από την υγρή φάση.

Οι διαφορετικές συνθήκες που συμβαίνουν στους πλανήτες όπου έχει μελετηθεί το τριπλό σημείο (Γη σε επίπεδο θάλασσας και στην ισημερινή περιοχή του Άρη) παριστάνονται επίσης σε αυτό το διάγραμμα..

Το διάγραμμα καθιστά σαφές ότι το τριπλό σημείο ποικίλει ανάλογα με την τοποθεσία για λόγους ατμοσφαιρικής πίεσης και θερμοκρασίας και όχι μόνο από την παρέμβαση του πειραματιστή.

Τριπλό σημείο κυκλοεξανίου

Το κυκλοεξάνιο είναι ένα κυκλοαλκάνιο που έχει τον μοριακό τύπο του C6H12. Αυτή η ουσία έχει την ιδιαιτερότητα ότι έχει συνθήκες τριπλού σημείου που μπορούν εύκολα να αναπαραχθούν, όπως συμβαίνει στην περίπτωση του νερού, αφού το σημείο αυτό βρίσκεται σε θερμοκρασία 279,47 Κ και πίεση 5,388 kPa.

Κάτω από αυτές τις συνθήκες, η ένωση έχει παρατηρηθεί ότι βράζει, στερεοποιείται και τήκεται με ελάχιστες μεταβολές της θερμοκρασίας και της πίεσης.

Τριπλό σημείο βενζολίου

Σε μια περίπτωση παρόμοια με το κυκλοεξάνιο, το βενζόλιο (οργανική ένωση με χημικό τύπο C6H6) έχει αναπαραγάγει εύκολα συνθήκες τριπλού σημείου σε ένα εργαστήριο.

Οι τιμές του είναι 278,5 K και 4,83 kPa, επομένως είναι επίσης κοινό να πειραματιστείτε με αυτό το στοιχείο στο επίπεδο αρχαρίων.

Αναφορές

  1. Wikipedia. (s.f.). Wikipedia. Ανακτήθηκε από en.wikipedia.org
  2. Britannica, Ε. (1998). Εγκυκλοπαίδεια Britannica. Ανακτήθηκε από britannica.com
  3. Power, Ν. (S.f.). Πυρηνική Ενέργεια. Ανακτήθηκε από το nuclear-power.net
  4. Wagner, W., Saul, Α., & Prub, Α. (1992). Διεθνείς εξισώσεις για την πίεση κατά μήκος της τήξης και κατά μήκος της καμπύλης εξάχνωσης του συνήθους ύδατος. Μπόχουμ.
  5. Penoncello, S.G., Jacobsen, R.T., & Goodwin, Α. R. (1995). Μια σύνθεση θερμοδυναμικής ιδιότητας για το κυκλοεξάνιο.