Tříbodové charakteristiky vody, cyklohexanu a benzenu



trojitý bod je termín v oblasti termodynamiky, který odkazuje na teplotu a tlak, ve kterém jsou současně tři fáze látky ve stavu termodynamické rovnováhy. Tento bod existuje pro všechny látky, i když podmínky, za kterých jsou dosaženy, se mezi jednotlivými značně liší.

Trojitý bod může také zahrnovat více než jednu fázi stejného typu pro specifickou látku; to znamená, že jsou pozorovány dvě různé fáze pevné látky, tekutiny nebo plynu. Hélium, zejména jeho izotop helia-4, je dobrým příkladem trojitého bodu, který zahrnuje dvě jednotlivé kapalné fáze: normální a superfluidní tekutinu.

Index

  • 1 Charakteristika trojitého bodu
  • 2 Trojitý bod vody
  • 3 Trojitý bod cyklohexanu
  • 4 Trojitý bod benzenu
  • 5 Odkazy

Charakteristika trojitého bodu

Trojitý bod vody je používán definovat Kelvin, základní jednotka termodynamické teploty v mezinárodním systému jednotek (SI). Tato hodnota je pevně stanovena namísto naměřené hodnoty.

Trojité body každé látky lze pozorovat pomocí fázových diagramů, které jsou vyneseny do grafů, které umožňují demonstrovat mezní podmínky pevné, kapalné, plynné fáze (a dalších, ve zvláštních případech) látky, zatímco vykazují změny teploty, tlaku a / nebo rozpustnosti.

Látka může být nalezena v bodu tání, ve kterém pevná látka splňuje kapalinu; Může se také nacházet v bodu varu, kde se kapalina setkává s plynem. Je však v trojím bodě, kde jsou dosaženy všechny tři fáze. Tyto diagramy budou pro každou látku odlišné, jak bude vidět později.

Trojitý bod lze efektivně využít při kalibraci teploměrů s využitím trojbodových článků.

Jedná se o vzorky látek v izolovaných podmínkách (uvnitř skleněných "buněk"), které jsou v trojnásobném bodě se známými teplotními a tlakovými podmínkami, a tím usnadňují studium přesnosti měření teploměru..

Studium tohoto konceptu bylo také použito při průzkumu planety Mars, ve které se snažilo znát hladinu moře během misí, které se uskutečnily v desetiletí 70. let..

Trojitý bod vody

Přesné podmínky tlaku a teploty, při které voda koexistuje ve svých třech fázích v rovnováze - kapalná voda, led a páry - se vyskytují při teplotě přesně 273,16 K (0,01 ° C) a parciálním tlaku páry. 611 656 pascal (0.00603659 atm).

V tomto okamžiku je možné převést látku na kteroukoli ze tří fází s minimálními změnami teploty nebo tlaku. I když by celkový tlak systému mohl být umístěn nad požadovanou hodnotu pro trojitý bod, pokud je parciální tlak páry 611 656 Pa, systém dosáhne trojnásobného bodu stejně..

V předchozím obrázku je možné pozorovat zobrazení trojitého bodu (nebo trojitý bod, v angličtině) látky, jejíž diagram je podobný diagramu vody, podle teploty a tlaku potřebného k dosažení této hodnoty.

V případě vody tento bod odpovídá minimálnímu tlaku, při kterém může kapalná voda existovat. Při nižších tlacích, než je tento trojitý bod (například ve vakuu) a při použití konstantního tlakového ohřevu, se pevný led přemění přímo na vodní páru bez průchodu kapalinou; jedná se o proces nazývaný sublimace.

Nad tento minimální tlak (Ptp), led se nejprve roztaví, aby vytvořil kapalnou vodu, a teprve potom se bude odpařovat nebo vařit za vzniku páry.

U mnoha látek je hodnota teploty na trojnásobku minimální teplota, při které může kapalná fáze existovat, ale v případě vody k tomu nedochází. U vody k tomu nedochází, protože bod tání ledu klesá v závislosti na tlaku, jak ukazuje zelená tečkovaná čára předchozího obrázku.

Ve vysokotlakých fázích má voda poměrně komplexní fázový diagram, ve kterém je zobrazeno patnáct známých ledových fází (při různých teplotách a tlacích), navíc k deseti různým trojitým bodům, které jsou zobrazeny na následujícím obrázku:

Je možné poznamenat, že za podmínek vysokého tlaku může led existovat v rovnováze s kapalinou; Diagram ukazuje, že teploty tání se zvyšují s tlakem. Při konstantních nízkých teplotách a zvyšujícím se tlaku může být pára přeměněna přímo na led, aniž by prošla kapalnou fází.

V tomto diagramu jsou také znázorněny různé podmínky, které se vyskytují na planetách, kde byl studován trojitý bod (Země na hladině moře a v rovníkové oblasti Marsu)..

Diagram jasně ukazuje, že trojitý bod se liší v závislosti na místě z důvodů atmosférického tlaku a teploty, a to nejen zásahem experimentátora..

Trojnásobný bod cyklohexanu

Cyklohexan je cykloalkan, který má molekulární vzorec C6H12. Tato látka má zvláštnost, že má trojbodové podmínky, které lze snadno reprodukovat, jako v případě vody, protože tento bod se nachází při teplotě 279,47 K a tlaku 5,388 kPa.

Za těchto podmínek bylo pozorováno, že sloučenina se vaří, tuhne a taví s minimálními změnami teploty a tlaku.

Trojitý bod benzenu

V případě podobném cyklohexanu, benzenu (organická sloučenina s chemickým vzorcem C)6H6) v laboratoři snadno reprodukoval podmínky trojitého bodu.

Jeho hodnoty jsou 278,5 K a 4,83 kPa, takže je také běžné experimentovat s touto komponentou na úrovni začátečníka.

Odkazy

  1. Wikipedia. (s.f.). Wikipedia. Zdroj: en.wikipedia.org
  2. Britannica, E. (1998). Encyklopedie Britannica. Získáno z britannica.com
  3. Power, N. (s.f.). Jaderná energie. Zdroj: nuclear-power.net
  4. Wagner, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). Mezinárodní rovnice pro tlak podél tání a podél sublimační křivky obyčejné vody. Bochume.
  5. Penoncello, S.G., Jacobsen, R. T., & Goodwin, A.R. (1995). Formulace termodynamické vlastnosti pro cyklohexan.