Den trippelpunkt är en term inom området för termodynamik som avser den temperatur och tryck i vilket tre faser av en substans existerar samtidigt i ett tillstånd av termodynamisk jämvikt. Denna punkt finns för alla ämnen, även om förhållandena under vilka de uppnås varierar enormt mellan var och en.
En trippelpunkt kan också involvera mer än en fas av samma typ för ett specifikt ämne; det vill säga två olika fasta, flytande eller gasfaser observeras. Helium, i synnerhet dess isotop-helium-4, är ett bra exempel på en trippelpunkt som involverar två individuella vätskefaser: normal vätska och överflödigt.
Trepunktsegenskaper
Vattenens trippelpunkt används för att definiera kelvin, basenheten för termodynamisk temperatur i det internationella enhetssystemet (SI). Detta värde ställs in per definition snarare än uppmätt.
Trippelpunkterna för varje ämne kan observeras med användning av fasdiagram, som är ritade diagram som gör det möjligt att visa de begränsande förhållandena för de fasta, flytande, gasformiga faserna (och andra, i speciella fall) av ett ämne medan det är de utövar förändringar i temperatur, tryck och / eller löslighet.
Ett ämne kan hittas vid dess smältpunkt vid vilket det fasta ämnet möter vätskan; det kan också hittas vid kokpunkten där vätska möter gas. Det är emellertid vid trippelpunkten att de tre faserna uppnås. Dessa diagram kommer att vara olika för varje substans, vilket kommer att ses senare.
Trippelpunkt kan användas effektivt vid kalibrering av termometern, med hjälp av trippelpunktceller.
Dessa är prover av ämnen under isolerade förhållanden (inuti glas "celler") som finns på deras trippelpunkt med kända temperatur- och tryckförhållanden och därmed underlättar studien av termometermätningens precision.
Studien av detta koncept har också använts vid utforskningen av planeten Mars, där man försökte känna till havsnivån under uppdrag som genomfördes på 1970-talet.
Triple point of water
De exakta förhållandena för tryck och temperatur vid vilken vatten samverkar i dess tre jämviktsfaser - flytande vatten, is och ånga - inträffar vid en temperatur på exakt 273,16 K (0,01 ºC) och ett partiellt ångtryck av 611.656 pascaler (0,00603659 atm).
Vid denna tidpunkt är omvandlingen av ämnet till någon av de tre faserna möjlig med minimala förändringar i dess temperatur eller tryck. Trots att systemets totala tryck kan vara högre än det som krävs för trippelpunkten, om partiets ångtryck är 611.656 Pa, kommer systemet att nå trippelpunkten på samma sätt.
Det är möjligt att i föregående figur observera representationen av trippelpunkten (eller trippelpunkten, på engelska) av ett ämne vars diagram liknar det för vatten, beroende på temperaturen och trycket som krävs för att uppnå detta värde.
När det gäller vatten motsvarar denna punkt det minsta trycket vid vilket flytande vatten kan existera. Vid tryck under denna trippelpunkt (till exempel i vakuum) och när konstant tryckuppvärmning används, kommer fast is att omvandlas direkt till vattenånga utan att passera genom vätska; Detta är en process som kallas sublimering.
Utöver detta lägsta tryck (P tp ) smälter isen först för att bilda flytande vatten, och endast där förångas det eller kokar för att bilda ånga.
För många ämnen är temperaturvärdet vid dess trippelpunkt den minsta temperaturen vid vilken vätskefasen kan existera, men detta händer inte i fallet med vatten. För vatten händer detta inte, eftersom isens smältpunkt minskar som en funktion av tryck, vilket visas av den gröna prickade linjen i föregående figur.
I högtrycksfaser har vatten ett ganska komplicerat fasdiagram, där femton kända isfaser visas (vid olika temperaturer och tryck), utöver tio olika trippelpunkter som visualiseras i följande figur:
Det kan noteras att under högt tryck kan is existera i jämvikt med vätska; diagrammet visar att smältpunkterna ökar med trycket. Vid konstant låga temperaturer och ökande tryck kan ångan förvandlas direkt till is utan att gå igenom vätskefasen.
De olika förhållandena som förekommer på planeterna där trippelpunkten har studerats (Jorden vid havsnivå och i ekvatorialzonen på Mars) representeras också i detta diagram.
Diagrammet gör det klart att trippelpunkten varierar beroende på platsen på grund av atmosfärstryck och temperatur, och inte bara på grund av experimenterens ingripande.
Trippelpunkt av cyklohexan
Cyklohexan är en cykloalkan som har molekylformeln C 6 H 12 . Detta ämne har det speciella att det finns trippelpunktsförhållanden som lätt kan reproduceras, som i fallet med vatten, eftersom denna punkt är belägen vid en temperatur av 279,47 K och ett tryck på 5,388 kPa.
Under dessa betingelser har föreningen observerats kokande, stelnande och smältning med minimala temperatur- och tryckförändringar.
Benzen trippelpunkt
I ett fall som liknar cyklohexan, bensen (organisk förening med den kemiska formeln C 6 H 6 ) har trippelpunktförhållanden som är lätt reproducerbar i ett laboratorium.
Dess värden är 278,5 K och 4,83 kPa, så experiment med denna komponent på nybörjarnivå är också vanligt.
referenser
- Wikipedia. (Sf). Wikipedia. Hämtad från en.wikipedia.org
- Britannica, E. (1998). Encyclopedia Britannica. Hämtad från britannica.com
- Power, N. (sf). Kärnkraft. Hämtad från kärnkraft.net
- Wagner, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). Internationella ekvationer för trycket längs smältningen och längs sublimeringskurvan för vanligt vatten. Bochum.
- Penoncello, SG, Jacobsen, RT, & Goodwin, AR (1995). En termodynamisk fastighetsformulering för cyklohexan.