PUNCT TRIPLU: CARACTERISTICI ALE APEI, CICLOHEXANULUI ȘI BENZENULUI - FIZIC - 2025

Punctul triplu este un termen din câmpul termodinamicii care se referă la temperatură și presiune în care trei faze ale unei substanțe există simultan într-o stare de echilibru termodinamic. Acest punct există pentru toate substanțele, deși condițiile în care sunt obținute variază enorm între fiecare.

Un punct triplu poate implica, de asemenea, mai multe faze de același tip pentru o substanță specifică; adică se observă două faze solide, fluide sau gazoase diferite. Heliul, în special izotopul său heliu-4, este un bun exemplu de punct triplu care implică două faze de fluid individuale: fluid normal și superfluid.

Caracteristicile punctului triplu

Punctul triplu al apei este utilizat pentru a defini kelvinul, unitatea de bază a temperaturii termodinamice în sistemul internațional de unități (SI). Această valoare este stabilită prin definiție, mai degrabă decât măsurată.

Punctele triple ale fiecărei substanțe pot fi observate folosind diagrame de fază, care sunt grafice grafic care permit demonstrarea condițiilor de limitare a fazelor solide, lichide, gazoase (și altele, în cazuri speciale) ale unei substanțe în timp ce aceasta este ele produc schimbări de temperatură, presiune și / sau solubilitate.

O substanță poate fi găsită în punctul său de topire la care solidul întâlnește lichidul; acesta poate fi, de asemenea, găsit în punctul său de fierbere în care lichidul întâlnește gazul. Cu toate acestea, este la punctul triplu că se realizează cele trei faze. Aceste diagrame vor fi diferite pentru fiecare substanță, așa cum se va vedea mai târziu.

Punctul triplu poate fi utilizat eficient în calibrarea termometrului, folosind celule cu punct triplu.

Acestea sunt mostre de substanțe în condiții izolate (în interiorul „celulelor” de sticlă) care se găsesc în punctul lor triplu, cu condiții cunoscute de temperatură și presiune, și facilitează astfel studiul preciziei măsurătorilor termometrului.

Studiul acestui concept a fost folosit și în explorarea planetei Marte, în care s-a încercat cunoașterea nivelului mării în timpul misiunilor efectuate în anii '70.

Punct triplu de apă

Condițiile precise de presiune și temperatură la care apa coexistă în cele trei faze ale sale de echilibru - apa lichidă, gheața și aburul - au o temperatură de exact 273,16 K (0,01 ºC) și o presiune parțială de vapori de 611.656 pascali (0.00603659 atm).

În acest moment, conversia substanței în oricare dintre cele trei faze este posibilă cu modificări minime ale temperaturii sau presiunii sale. Chiar dacă presiunea totală a sistemului ar putea fi peste cea necesară pentru triplul punct, dacă presiunea parțială a vaporilor este la 611.656 Pa, sistemul va atinge punctul triplu în același mod.

Este posibil să observăm în figura precedentă reprezentarea punctului triplu (sau triplu punct, în engleză) a unei substanțe a cărei diagrama este similară cu cea a apei, în funcție de temperatura și presiunea necesară pentru a atinge această valoare.

În cazul apei, acest punct corespunde presiunii minime la care poate exista apă lichidă. La presiuni sub acest punct triplu (de exemplu, în vid) și atunci când se utilizează încălzirea sub presiune constantă, gheața solidă se va transforma direct în vaporii de apă fără a trece prin lichid; Acesta este un proces numit sublimare.

Dincolo de această presiune minimă (P _tp ), gheața se va topi mai întâi pentru a forma apă lichidă și numai acolo se va evapora sau va fierbe pentru a forma vapori.

Pentru multe substanțe, valoarea temperaturii în punctul său triplu este temperatura minimă la care poate exista faza lichidă, dar acest lucru nu se întâmplă în cazul apei. Pentru apă, acest lucru nu se întâmplă, deoarece punctul de topire a gheții scade în funcție de presiune, așa cum se arată în linia punctată verde din figura precedentă.

În fazele de înaltă presiune, apa are o diagramă de faze destul de complexă, în care sunt prezentate cincisprezece faze de gheață cunoscute (la temperaturi și presiuni diferite), pe lângă zece puncte triple diferite care sunt vizualizate în următoarea figură:

Se poate remarca faptul că, în condiții de înaltă presiune, gheața poate exista în echilibru cu lichidul; diagrama arată că punctele de topire cresc odată cu presiunea. La temperaturi scăzute constante și presiune în creștere, vaporii se pot transforma direct în gheață, fără a trece prin faza lichidă.

De asemenea, sunt reprezentate în această diagramă diferitele condiții care apar pe planete unde a fost studiat punctul triplu (Pământ la nivelul mării și în zona ecuatorială a Marte).

Diagrama arată clar că punctul triplu variază în funcție de locație din motive de presiune și temperatură atmosferică, și nu doar din cauza intervenției experimentatorului.

Ciclochexan punct triplu

Ciclohexanul este un cicloalcan , care are formula moleculară C ₆ H ₁₂ . Această substanță are particularitatea de a avea condiții de punct triplu care pot fi reproduse cu ușurință, ca în cazul apei, deoarece acest punct este situat la o temperatură de 279,47 K și o presiune de 5,388 kPa.

În aceste condiții, compusul a fost observat fierberea, solidificarea și topirea cu modificări minime de temperatură și presiune.

Punct triplu Benzen

Într-un caz similar cu ciclohexanul, benzenul (compus organic cu formula chimică C ₆ H ₆ ) are condiții de punct triplu care sunt ușor de reprodus într-un laborator.

Valorile sale sunt 278,5 K și 4,83 kPa, deci experimentarea cu această componentă la nivelul începătorilor este de asemenea comună.

Referințe

1. Wikipedia. (Sf). Wikipedia. Preluat de pe en.wikipedia.org
2. Britannica, E. (1998). Enciclopedia Britannica. Preluat de pe britannica.com
3. Putere, N. (sf). Energie nucleara. Preluat de la nuclear-power.net
4. Wagner, W., Saul, A., și Prub, A. (1992). Ecuații internaționale pentru presiunea de-a lungul topirii și de-a lungul curbei de sublimare a apei obișnuite. Bochum.
5. Penoncello, SG, Jacobsen, RT, & Goodwin, AR (1995). O formulare termodinamică a proprietății pentru ciclohexan.