Trojný bod je termín v oblasti termodynamiky, která se týká teploty a tlaku, ve kterém existují tři fáze látky současně ve stavu termodynamické rovnováhy. Tento bod existuje pro všechny látky, i když podmínky, za kterých jsou dosaženy, se mezi jednotlivými látkami velmi liší.
Trojitý bod může také zahrnovat více než jednu fázi stejného typu pro konkrétní látku; to znamená, že jsou pozorovány dvě různé pevné, kapalné nebo plynné fáze. Hélium, zejména jeho izotop hélium-4, je dobrým příkladem trojitého bodu zahrnujícího dvě jednotlivé kapalné fáze: normální tekutinu a superfluid.
Vlastnosti trojitého bodu
Trojitý bod vody se používá k definování kelvinu, základní jednotky termodynamické teploty v mezinárodním systému jednotek (SI). Tato hodnota je stanovena spíše definicí než změřena.
Trojnásobné body každé látky lze pozorovat pomocí fázových diagramů, což jsou grafy, které umožňují demonstrovat omezující podmínky pevné, kapalné, plynné fáze (a další, ve zvláštních případech) látky, zatímco je vykazují změny teploty, tlaku a / nebo rozpustnosti.
Látka může být nalezena v bodu tání, při kterém se pevná látka setká s kapalinou; to také může být najité u jeho bodu varu kde kapalina se setká s plynem. Těch tří fází je však dosaženo v trojím bodě. Tyto diagramy se budou lišit pro každou látku, jak bude vidět dále.
Trojitý bod lze efektivně použít při kalibraci teploměru, přičemž se využívají buňky trojitého bodu.
Jedná se o vzorky látek v izolovaných podmínkách (uvnitř skleněných „buněk“), které se nacházejí ve svém trojnásobném bodě se známými teplotními a tlakovými podmínkami, a tak usnadňují studium přesnosti měření teploměru.
Studie tohoto konceptu byla také použita při průzkumu planety Mars, ve kterém byl učiněn pokus poznat hladinu moře během misí uskutečněných v 70. letech 20. století.
Trojitý bod vody
Přesné podmínky tlaku a teploty, při které voda koexistuje ve svých třech fázích v rovnováze - kapalná voda, led a pára - 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 v systému mohl být vyšší než tlak požadovaný pro trojitý bod, pokud je parciální tlak páry 611,656 Pa, systém dosáhne trojitého bodu stejným způsobem.
Na předcházejícím obrázku je možné pozorovat zobrazení trojitého bodu (nebo trojitého bodu, v angličtině) látky, jejíž schéma je podobné jako voda, podle teploty a tlaku potřebného k dosažení této hodnoty.
V případě vody odpovídá tento bod minimálnímu tlaku, při kterém může existovat kapalná voda. Při tlacích pod tímto trojitým bodem (například ve vakuu) a při použití zahřívání za konstantního tlaku se pevný led přemění přímo na vodní páru, aniž by prošel kapalinou; Toto je proces nazývaný sublimace.
Nad tento minimální tlak (P tp) se led nejprve roztaví a vytvoří kapalnou vodu a pouze tam se vypařuje nebo vaří za vzniku páry.
Pro mnoho látek je hodnota teploty v jeho trojnásobném bodě minimální teplota, při které může kapalná fáze existovat, ale to se nestává v případě vody. U vody se tak nestane, protože bod tání ledu klesá v závislosti na tlaku, jak ukazuje zelená tečkovaná čára na předchozím obrázku.
Ve vysokotlakých fázích má voda poměrně složitý fázový diagram, ve kterém je znázorněno patnáct známých ledových fází (při různých teplotách a tlacích), kromě deseti různých trojitých bodů, které jsou znázorněny na následujícím obrázku:
Je třeba poznamenat, že za podmínek vysokého tlaku může led existovat v rovnováze s kapalinou; diagram ukazuje, že teploty tání se zvyšují s tlakem. Při stálých nízkých teplotách a zvyšujícím se tlaku se pára může přeměnit 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 zóně Marsu).
Z diagramu je zřejmé, že trojnásobný bod se liší v závislosti na umístění z důvodu atmosférického tlaku a teploty, a to nejen kvůli zásahu experimentátora.
Trojnásobný bod cyklohexanu
Cyklohexan se cykloalkan, který má molekulární vzorec C 6 H 12. Tato látka má zvláštnost v tom, že má podmínky trojitého bodu, 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 byla pozorována sloučenina vroucí, tuhnoucí a tající s minimálními změnami teploty a tlaku.
Benzen trojitý bod
V případě, podobně jako cyklohexan, benzen (organické sloučeniny s chemickým vzorcem C 6 H 6) má trojité podmínky bodů, které jsou snadno reprodukovatelné v laboratoři.
Její hodnoty jsou 278,5 K a 4,83 kPa, takže experimentování s touto komponentou je také běžné.
Reference
- Wikipedia. (sf). Wikipedia. Citováno z en.wikipedia.org
- Britannica, E. (1998). Encyklopedie Britannica. Citováno z britannica.com
- Power, N. (sf). Jaderná energie. Citováno z jaderné-power.net
- Wagner, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). Mezinárodní rovnice pro tlak podél tání a podél sublimační křivky obyčejné vody. Bochum.
- Penoncello, SG, Jacobsen, RT, a Goodwin, AR (1995). Termodynamická formulace vlastností pro cyklohexan.