Trojbodové charakteristiky vody, cyklohexánu a benzénu



trojnásobný bod je termín v oblasti termodynamiky, ktorý sa vzťahuje na teplotu a tlak, v ktorom sú súčasne tri fázy látky v stave termodynamickej rovnováhy. Tento bod existuje pre všetky látky, hoci podmienky, v ktorých sa dosahujú, sa medzi jednotlivými oblasťami značne líšia.

Trojitý bod môže tiež zahŕňať viac ako jednu fázu rovnakého typu pre špecifickú látku; to znamená, že sú pozorované dve rôzne fázy pevnej látky, tekutiny alebo plynu. Hélium, najmä jeho izotop hélia-4, je dobrým príkladom trojitého bodu zahŕňajúceho dve jednotlivé kvapalné fázy: normálnu a prebytočnú tekutinu.

index

  • 1 Charakteristika trojitého bodu
  • 2 Trojitý bod vody
  • 3 Trojitý bod cyklohexánu
  • 4 Trojitý bod benzénu
  • 5 Referencie

Charakteristika trojitého bodu

Trojitý bod vody sa používa na definovanie Kelvinov, základnej jednotky termodynamickej teploty v medzinárodnom systéme jednotiek (SI). Táto hodnota je definovaná namiesto merania.

Trojité body každej látky možno pozorovať s použitím fázových diagramov, ktoré sú vynesené do grafov, ktoré umožňujú demonštrovať limitné podmienky tuhej, kvapalnej, plynnej fázy (a ďalších, v špeciálnych prípadoch) látky počas vykazujú zmeny teploty, tlaku a / alebo rozpustnosti.

Látka sa môže nachádzať v bode topenia, v ktorom pevná látka spĺňa kvapalinu; Môže sa tiež nachádzať v bode varu, kde sa kvapalina stretáva s plynom. Je však v trojitom bode, kde sú dosiahnuté všetky tri fázy. Tieto diagramy budú odlišné pre každú látku, ako bude uvedené neskôr.

Trojitý bod môže byť efektívne použitý pri kalibrácii teplomerov s využitím trojbodových buniek.

Sú to vzorky látok v izolovaných podmienkach (vo vnútri sklenených "buniek"), ktoré sú v trojitom bode so známymi teplotnými a tlakovými podmienkami, a tým uľahčujú štúdium presnosti merania teplomerov..

Štúdia tohto konceptu sa použila aj pri prieskume planéty Mars, v ktorej sa snažila poznať úroveň mora počas misií, ktoré sa uskutočnili v desaťročiach 70. rokov..

Trojitý bod vody

Presné podmienky tlaku a teploty, pri ktorých voda koexistuje v troch fázach v rovnováhe - kvapalná voda, ľad a pary - sa vyskytujú pri teplote presne 273,16 K (0,01 ° C) a parciálnom tlaku pary. 611 656 pascal (0,00603659 atm).

V tomto bode je možné látku premeniť na ktorúkoľvek z troch fáz s minimálnymi zmenami teploty alebo tlaku. Hoci celkový tlak systému by mohol byť umiestnený nad požadovaným pre trojitý bod, ak parciálny tlak pary je 611 656 Pa, systém dosiahne trojnásobný bod rovnako..

Na predchádzajúcom obrázku je možné pozorovať zobrazenie trojitého bodu (alebo trojnásobný bod, v angličtine) látky, ktorej diagram je podobný diagramu vody, podľa teploty a tlaku potrebného na dosiahnutie tejto hodnoty.

V prípade vody tento bod zodpovedá minimálnemu tlaku, pri ktorom môže existovať kvapalná voda. Pri nižších tlakoch, ako je tento trojitý bod (napríklad vo vákuu) a pri použití konštantného tlakového ohrevu, sa pevný ľad premení priamo na vodnú paru bez toho, aby prechádzal kvapalinou; toto je proces nazývaný sublimácia.

Nad tento minimálny tlak (Ptp), ľad sa najprv roztaví, aby vytvoril kvapalnú vodu, a až potom sa odparí alebo varí na vytvorenie pary.

Pre mnohé látky je teplota v trojitom bode minimálna teplota, pri ktorej môže kvapalná fáza existovať, ale v prípade vody k nej nedochádza. Pre vodu sa tak nestane, pretože bod topenia ľadu sa znižuje v závislosti od tlaku, ako je znázornené zelenou bodkovanou čiarou predchádzajúceho obrázku..

Vo vysokotlakových fázach má voda pomerne komplexný fázový diagram, v ktorom je znázornených pätnásť známych ľadových fáz (pri rôznych teplotách a tlakoch), okrem desiatich rôznych trojitých bodov, ktoré sú zobrazené na nasledujúcom obrázku:

Je možné poznamenať, že za podmienok vysokého tlaku môže ľad existovať v rovnováhe s kvapalinou; Diagram ukazuje, že teploty topenia sa zvyšujú s tlakom. Pri konštantných nízkych teplotách a zvyšujúcom sa tlaku sa para môže premeniť priamo na ľad bez toho, aby prešla kvapalnou fázou.

V tomto diagrame sú tiež znázornené rôzne podmienky, ktoré sa vyskytujú na planétach, kde bol študovaný trojitý bod (Zem na úrovni mora a v rovníkovej oblasti Marsu)..

Diagram objasňuje, že trojitý bod sa líši v závislosti od umiestnenia z dôvodu atmosférického tlaku a teploty, a to nielen zásahom experimentátora..

Trojitý bod cyklohexánu

Cyklohexán je cykloalkán, ktorý má molekulárny vzorec C6H12. Táto látka má zvláštnosť, že má trojbodové podmienky, ktoré možno ľahko reprodukovať, ako v prípade vody, pretože tento bod sa nachádza pri teplote 279,47 K a tlaku 5,388 kPa..

Za týchto podmienok sa pozoruje, že zlúčenina sa varí, tuhne a taví s minimálnymi zmenami teploty a tlaku.

Trojitý bod benzénu

V prípade podobnom cyklohexánu, benzén (organická zlúčenina s chemickým vzorcom C6H6) ľahko reprodukoval trojbodové podmienky v laboratóriu.

Jeho hodnoty sú 278,5 K a 4,83 kPa, takže je tiež bežné experimentovať s touto zložkou na úrovni začiatočníkov.

referencie

  1. Wikipedia. (N. D.). Wikipedia. Zdroj: en.wikipedia.org
  2. Britannica, E. (1998). Encyklopédia Britannica. Získané z britannica.com
  3. Power, N. (s.f.). Jadrová energia. Zdroj: nuclear-power.net
  4. Wagner, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). Medzinárodné rovnice pre tlak pozdĺž topenia a pozdĺž sublimačnej krivky obyčajnej vody. Bochum.
  5. Penoncello, S.G., Jacobsen, R.T., & Goodwin, A.R. (1995). Formulácia termodynamickej vlastnosti pre cyklohexán.