Üçlü Nokta: Su, Sikloheksan ve Benzenin Özellikleri

Üçlü nokta, termodinamik alanında, termodinamik denge durumunda bir maddenin aynı anda üç fazının bulunduğu sıcaklık ve basıncı ifade eden bir terimdir. Bu nokta, tüm maddeler için mevcuttur, ancak elde edildikleri koşullar, her biri arasında çok büyük farklılıklar gösterir.

Üçlü bir nokta ayrıca belirli bir madde için aynı tipteki birden fazla fazı içerebilir; yani, iki farklı katı faz, sıvı veya gaz gözlenir. Helyum, özellikle de helyum-4 izotopu, iki ayrı akışkan fazı içeren üçlü bir nokta için iyi bir örnektir: normal ve süper akışkan akışkan.

Üçlü noktanın özellikleri

Üçlü su noktası, uluslararası birimler sisteminde (SI) termodinamik sıcaklığın temel birimi olan Kelvin'i tanımlamak için kullanılır. Bu değer ölçülen yerine tanımla sabitlenir.

Her bir maddenin üçlü noktaları, bir maddenin katı, sıvı, gaz halindeki fazlarının (ve özel durumlarda diğerlerinin) sınırlayıcı koşullarını göstermeye yarayan, çizilen grafikler olan faz diyagramlarının kullanımıyla gözlenebilir. sıcaklık, basınç ve / veya çözünürlük değişikliklerini yaparlar.

Erime noktasında, katının sıvı ile birleştiği bir madde bulunabilir; Sıvının gaza ulaştığı kaynama noktasında da bulunabilir. Bununla birlikte, üç fazın hepsinin gerçekleştirildiği üçlü noktadadır. Bu diyagramlar daha sonra görüleceği gibi her madde için farklı olacaktır.

Üçlü nokta, termometre kalibrasyonunda etkin olarak kullanılabilir ve üçlü nokta hücrelerini kullanır.

Bunlar, bilinen sıcaklık ve basınç koşulları ile üçlü noktalarında bulunan ve izole edilmiş koşullar altında (cam "hücreler" içinde) bulunan örneklerdir ve bu nedenle termometre ölçümlerinin doğruluğunun çalışılmasını kolaylaştırırlar.

Bu kavramın çalışması, 1970'lerin on yılında gerçekleştirilen misyonlar sırasında deniz seviyesini bilmeye çalıştığı Mars gezegeninin keşfedilmesinde de kullanılmıştır.

Üçlü su

Suyun dengede üç fazında (sıvı su, buz ve buhar) bir arada bulunduğu kesin basınç ve sıcaklık koşulları, tam olarak 273.16 K (0.01 ° C) sıcaklıkta ve kısmi buhar basıncı 611.656 pascals (0.00603659 atm).

Bu noktada, sıcaklığı veya basıncında minimum değişikliklerle maddeyi üç fazdan birine dönüştürmek mümkündür. Sistemin toplam basıncı üçlü nokta için istenen seviyenin üzerine çıkmış olsa da, buharın kısmi basıncı 611.656 Pa'da ise, sistem üçlü noktaya eşit olarak ulaşacaktır.

Önceki şekilde, bu değere ulaşmak için gereken sıcaklık ve basınca göre, diyagramı suya benzer bir maddenin üçlü noktasının (veya üçlü nokta, İngilizce) temsili olduğunu gözlemlemek mümkündür.

Su durumunda, bu nokta sıvı suyun olabileceği minimum basınca karşılık gelir. Bu üçlü noktadan daha düşük basınçlarda (örneğin bir vakumda) ve sabit basınçlı bir ısıtma kullanıldığında, katı buz, sıvıdan geçmeden doğrudan su buharına dönüşecektir; Bu süblimasyon denilen bir süreçtir.

Bu minimum basınç (P _tp ) 'nin ötesinde, buz ilk önce sıvı su oluşturmak için erir ve sadece sonra buharlaşacak veya buhar oluşturmak için kaynamış olacaktır.

Pek çok madde için, üçlü noktasındaki sıcaklık değeri, sıvı fazın olabileceği minimum sıcaklıktır, ancak su durumunda bu gerçekleşmez. Su için bu gerçekleşmez, çünkü buzun erime noktası önceki şeklin yeşil noktalı çizgisinin gösterdiği gibi basınca bağlı olarak azalır.

Yüksek basınç fazlarında, su, aşağıdaki şekilde gösterilen on farklı üçlü noktaya ek olarak, bilinen on beş buz fazının (farklı sıcaklık ve basınçlarda) gösterildiği, oldukça karmaşık bir faz diyagramına sahiptir:

Yüksek basınç koşulları altında, sıvı ile dengede buz olabileceği; Diyagram, erime noktalarının basınçla arttığını göstermektedir. Sabit düşük sıcaklıklarda ve artan basınçta, buhar, sıvı fazdan geçmeden doğrudan buza dönüştürülebilir.

Üçlü noktanın çalışıldığı gezegenlerde meydana gelen farklı koşullar (Dünya deniz seviyesinde ve Mars'ın ekvatoral bölgesinde) de bu şemada gösterilmektedir.

Diyagram, üç noktanın, atmosferik basınç ve sıcaklık nedenleriyle bölgeye bağlı olarak değiştiğini ve sadece deneycinin müdahalesiyle değil, farklılaştığını açıkça ortaya koymaktadır.

Üçlü sikloheksan noktası

Sikloheksan, C6H12 moleküler formülüne sahip bir sikloalkandır. Bu madde, sudaki gibi kolayca çoğaltılabilen üçlü nokta koşullarına sahip olma özelliğine sahiptir, çünkü bu nokta 279.47 K sıcaklıkta ve 5.388 kPa basınçta bulunur.

Bu koşullar altında, bileşiğin, sıcaklık ve basınçta minimum değişikliklerle kaynaması, katılaşması ve erimesi gözlenmiştir.