Trippelpunkt: Egenskaper för vatten, cyklohexan och bensen

Trippelpunktet är en term inom termodynamikområdet som hänvisar till temperatur och tryck där det samtidigt finns tre faser av en substans i ett tillstånd av termodynamisk jämvikt. Denna punkt existerar för alla ämnen, även om villkoren i vilka de erhålls varierar enormt mellan var och en.

En trippelpunkt kan också involvera mer än en fas av samma typ för en specifik substans; det vill säga att två olika faser av fast, vätska eller gas observeras. Helium, i synnerhet dess helium-4 isotop, är ett bra exempel på en trippelpunkt som involverar två individuella vätskefaser: normal och superfluidvätska.

Trippelpunktets egenskaper

Vattens trippelpunkt används för att definiera Kelvin, basenheten för termodynamisk temperatur i det internationella systemet för enheter (SI). Detta värde är fastställt per definition istället för uppmätt.

Trippelpunkterna för varje ämne kan observeras med hjälp av fasdiagram, vilka är ritade grafer som tillåter att visa begränsningsförhållandena för de fasta, flytande, gasformiga faser (och andra i speciella fall) av ett ämne medan De utövar förändringar av temperatur, tryck och / eller löslighet.

Ett ämne kan hittas vid dess smältpunkt där det fasta materialet möter vätskan; Det kan också hittas vid kokpunkten där vätskan möter gasen. Det är dock vid trippelpunktet där alla tre faser uppnås. Dessa diagram kommer att vara olika för varje ämne, vilket kommer att ses senare.

Trippelpunktet kan användas effektivt vid kalibrering av termometrar, med användning av trippelpunktsceller.

Dessa är prover av ämnen under isolerade förhållanden (inom glas "celler") som befinner sig vid sin trippelpunkt med kända temperatur- och tryckförhållanden, och därigenom underlätta undersökningen av noggrannheten av termometermätningar.

Studien av detta koncept har också använts vid utforskningen av planeten Mars, där man försökte känna till havsnivån under uppdrag som genomfördes under 1970-talet.

Trippelpunkt av vatten

De exakta förhållandena för tryck och temperatur vid vilken vatten samverkar i sina tre faser i jämvikt - flytande vatten, is och ånga - uppstår vid en temperatur av exakt 273, 16 K (0, 01 ° C) och ett partiellt ångtryck av 611.656 pascals (0.00603659 atm).

Vid denna tidpunkt är det möjligt att omvandla substansen till någon av de tre faserna med minimala förändringar i dess temperatur eller tryck. Även om systemets totala tryck kan ligga över det som krävs för trippelpunktet, om partialtrycket av ånga är vid 611 656 Pa, når systemet lika med trippelpunktet.

Det är möjligt att i föregående figur observera representationen av trippelpunktet (eller trippelpunktet på engelska) av ett ämne vars diagram liknar det för vatten, beroende på temperatur och tryck som krävs för att uppnå detta värde.

I fallet med vatten motsvarar denna punkt det lägsta trycket vid vilket vätskevatten kan existera. Vid tryck mindre än denna trippelpunkt (t ex i vakuum) och när en konstant tryckuppvärmning används, omvandlas det fasta iset direkt till vattenånga utan att passera genom vätska; Detta är en process som kallas sublimering.

Utöver detta minimitryck (P _tp ) smälter isen först för att bilda flytande vatten, och då kommer det att indunstas eller koka för att bilda ånga.

För många ämnen är temperaturvärdet vid dess trippelpunkt den lägsta temperaturen vid vilken vätskefasen kan existera, men detta sker inte vid vatten. För vatten händer detta inte, eftersom isens smältpunkt minskar beroende på trycket, vilket framgår av den gröna prickade linjen i föregående figur.

I högtrycksfaser har vattnet ett ganska komplext fasdiagram, där femton kända isfaser visas (vid olika temperaturer och tryck), förutom tio olika trippelpunkter som visualiseras i följande figur:

Det kan noteras att under högt tryck kan is föreligga i jämvikt med vätskan; Diagrammet visar att smältpunkterna ökar med tryck. Vid konstant låga temperaturer och ökande tryck kan ångan omvandlas direkt till is, utan att gå igenom vätskefasen.

De olika förhållandena som inträffar i planeter där trippelpunkten har studerats (Jorden på havsnivå och i ekvatorialområdet i Mars) är också representerade i detta diagram.

Diagrammet klargör att trippelpunkten varierar beroende på platsen på grund av atmosfärstryck och temperatur, och inte bara av försökspersonens ingrepp.

Trippelpunkt cyklohexan

Cyklohexan är en cykloalkan som har molekylformeln för C6H12. Detta ämne har den särdrag att ha triple-punktsbetingelser som enkelt kan reproduceras, som i fallet med vatten, eftersom denna punkt ligger vid en temperatur av 279, 47 K och ett tryck av 5 388 kPa.

Under dessa betingelser har föreningen observerats koka, stelna och smälta med minimala förändringar i temperatur och tryck.