Veden, sykloheksaanin ja bentseenin kolmen pisteen ominaisuudet



kolminkertainen piste on termodynamiikan alalla termi, joka viittaa lämpötilaan ja paineeseen, jossa on samanaikaisesti aineen kolme faasia termodynaamisen tasapainon tilassa. Tämä kohta on olemassa kaikissa aineissa, vaikka olosuhteet, joissa ne on saavutettu, vaihtelevat suuresti.

Kolmipiste voi sisältää myös useamman kuin yhden saman tyyppisen vaiheen tietylle aineelle; toisin sanoen havaitaan kaksi eri kiinteän aineen, nesteen tai kaasun faasia. Helium, erityisesti sen helium-4-isotooppi, on hyvä esimerkki kolmesta kohdasta, jossa on kaksi erillistä nestefaasia: normaali ja superfluidinen neste.

indeksi

  • 1 Kolmoispisteen ominaisuudet
  • 2 Veden kolmipiste
  • 3 Sykloheksaanin kolmipiste
  • 4 bentseenin kolmipiste
  • 5 Viitteet

Kolmoispisteen ominaisuudet

Veden kolmipistettä käytetään määrittämään Kelvin, termodynaamisen lämpötilan perusyksikkö kansainvälisessä yksiköiden järjestelmässä (SI). Tämä arvo määritetään määritelmän sijasta mitattuna.

Kunkin aineen kolminkertaiset kohdat voidaan havaita käyttämällä vaihekaavioita, jotka on piirretty kuvioina, jotka mahdollistavat aineen kiinteiden, nestemäisten, kaasumaisten vaiheiden (ja muiden, erityistapauksissa) rajoittavien olosuhteiden osoittamisen. ne aiheuttavat muutoksia lämpötilassa, paineessa ja / tai liukoisuudessa.

Sen sulamispisteessä on aine, jossa kiinteä aine täyttää nesteen; Se löytyy myös sen kiehumispisteestä, jossa neste täyttää kaasun. Se on kuitenkin kolmipisteessä, jossa kaikki kolme vaihetta saavutetaan. Nämä kaaviot ovat erilaiset jokaiselle aineelle, kuten myöhemmin näkyy.

Kolmipistettä voidaan käyttää tehokkaasti lämpömittareiden kalibrointiin käyttämällä kolmipistekennoja.

Nämä ovat näytteitä aineista eristetyissä olosuhteissa (lasin "solujen" sisällä), jotka ovat niiden kolminkertaisessa kohdassa tunnetuissa lämpötila- ja paineolosuhteissa, ja siten helpottaa lämpömittarin mittausten tarkkuutta..

Tämän käsitteen tutkimusta on käytetty myös Marsin planeetan etsinnässä, jossa yritettiin tietää merenpinta-ajat 1970-luvun vuosikymmenen aikana toteutetuissa tehtävissä..

Kolmen pisteen vesi

Tarkat paineen ja lämpötilan olosuhteet, joissa vesi esiintyy kolmessa vaiheessa tasapainossa - nestemäinen vesi, jää ja höyry - esiintyvät täsmälleen 273,16 K: n (0,01 ° C) lämpötilassa ja höyryn osapaineessa. 611,656 pascal (0,00603659 atm).

Tässä vaiheessa aine on mahdollista muuntaa mihin tahansa kolmesta vaiheesta siten, että sen lämpötila tai paine muuttuu minimaalisesti. Vaikka järjestelmän kokonaispaine voitaisiin sijoittaa kolmipisteelle vaaditun yläpuolelle, jos höyryn osapaine on 611,656 Pa, järjestelmä saavuttaa kolminkertaisen pisteen yhtä lailla.

Edellisessä kuvassa on mahdollista havaita kolmoispisteen (tai kolminkertainen piste, englanniksi) aineen, jonka kaavio on samanlainen kuin veden, tämän arvon saavuttamiseksi tarvittavan lämpötilan ja paineen mukaan.

Veden tapauksessa tämä piste vastaa pienintä painetta, jolla nestemäinen vesi voi olla. Paineissa, jotka ovat pienempiä kuin tämä kolminkertainen piste (esimerkiksi tyhjiössä) ja kun käytetään vakiopaine- kuumennusta, kiinteä jää muuttuu suoraan vesihöyryyn kulkematta nestettä; tämä on prosessi, jota kutsutaan sublimaatioon.

Tämän minimipaineen yläpuolella (Ptp), jää sulaa ensin nestemäisen veden muodostamiseksi, ja vasta sitten se haihtuu tai kiehuu höyryn muodostamiseksi.

Monissa aineissa lämpötila-arvo kolminkertaisessa kohdassa on minimilämpötila, jolla nestefaasi voi esiintyä, mutta tämä ei tapahdu veden tapauksessa. Veden osalta tämä ei tapahdu, koska jään sulamispiste laskee riippuen paineesta, kuten edellisen kuvan vihreä katkoviiva osoittaa..

Korkean paineen vaiheissa vedessä on melko monimutkainen vaihekaavio, jossa on esitetty 15 tunnettua jääfaasia (eri lämpötiloissa ja paineissa) kymmenen erilaisen kolminkertaisen pisteen lisäksi, jotka on esitetty seuraavassa kuvassa:

Voidaan huomata, että korkean paineen olosuhteissa jää voi olla tasapainossa nesteen kanssa; Kaavio osoittaa, että sulamispisteet kasvavat paineen myötä. Jatkuvissa matalissa lämpötiloissa ja kasvavassa paineessa höyry voidaan muuntaa suoraan jääksi menemättä läpi nestefaasia.

Tässä kaaviossa esitetään myös erilaiset olosuhteet, joita esiintyy planeetoissa, joissa kolminkertaista pistettä on tutkittu (maapallo merenpinnalla ja Marsin tasa-alueella)..

Kaaviosta käy ilmi, että kolmoispiste vaihtelee sijainnin mukaan ilmakehän paineen ja lämpötilan vuoksi eikä vain kokeilijan toimesta.

Sykloheksaanin kolmipiste

Sykloheksaani on sykloalkaani, jonka molekyylikaava on C6H12. Tällä aineella on erityispiirre, että siinä on kolmipisteolosuhteet, jotka voidaan kopioida helposti, kuten veden tapauksessa, koska tämä piste sijaitsee 279,47 K: n lämpötilassa ja 5 388 kPa: n paineessa..

Näissä olosuhteissa on havaittu, että yhdiste kiehuu, jähmettyy ja sulaa, jolloin lämpötila ja paine ovat vähäisiä.

Bentseenin kolmoispiste

Tapauksessa, joka on samanlainen kuin sykloheksaani, bentseeni (orgaaninen yhdiste, jolla on kemiallinen kaava C6H6) on helposti toistettu kolmipisteolosuhteet laboratoriossa.

Sen arvot ovat 278,5 K ja 4,83 kPa, joten on myös yleistä kokeilla tätä komponenttia aloittelijatasolla.

viittaukset

  1. Wikipedia. (N.D.). Wikipedia. Haettu osoitteesta en.wikipedia.org
  2. Britannica, E. (1998). Encyclopedia Britannica. Haettu osoitteesta britannica.com
  3. Power, N. (s.f.). Ydinvoima. Haettu ydinvoimalasta-power.net
  4. Wagner, W., Saul, A. & Prub, A. (1992). Kansainväliset yhtälöt painetta pitkin sulatusta ja tavallisen veden sublimointikäyrää pitkin. Bochum.
  5. Penoncello, S. G., Jacobsen, R. T. & Goodwin, A. R. (1995). Termodynamiikkaominaisuus sykloheksaanille.