Triple Point-kenmerken van water, cyclohexaan en benzeen

de triple punt is een term op het gebied van thermodynamica die verwijst naar de temperatuur en druk waarin zich tegelijkertijd drie fasen van een stof bevinden in een toestand van thermodynamisch evenwicht. Dit punt bestaat voor alle stoffen, hoewel de omstandigheden waaronder ze worden bereikt, sterk van elkaar verschillen.

Een tripelpunt kan ook betrekking hebben op meer dan één fase van hetzelfde type voor een specifieke stof; dat wil zeggen dat twee verschillende fasen van vaste stof, fluïdum of gas worden waargenomen. Helium, in het bijzonder zijn helium-4-isotoop, is een goed voorbeeld van een tripelpunt met twee afzonderlijke fluïdumfasen: normale en superfluïde vloeistof.

index

• 1 Kenmerken van het tripelpunt
• 2 Triple punt van water
• 3 Triple punt van cyclohexaan
• 4 Triple punt van benzeen
• 5 Referenties

Kenmerken van het tripelpunt

Het tripelpunt van water wordt gebruikt om de Kelvin te definiëren, de basiseenheid van de thermodynamische temperatuur in het internationale systeem van eenheden (SI). Deze waarde wordt per definitie vastgelegd in plaats van gemeten.

De drievoudige punten van elke stof kunnen worden waargenomen door het gebruik van fasediagrammen, die uitgezette grafieken zijn die de beperkende omstandigheden van de vaste, vloeibare, gasvormige fasen (en andere, in speciale gevallen) van een stof kunnen aantonen, terwijl ze oefenen veranderingen van temperatuur, druk en / of oplosbaarheid uit.

Een stof kan worden gevonden op het smeltpunt waarin de vaste stof de vloeistof ontmoet; Het kan ook worden gevonden aan het kookpunt waar de vloeistof het gas ontmoet. Het is echter op het tripelpunt waar alle drie fasen worden bereikt. Deze diagrammen zullen voor elke stof anders zijn, zoals later zal worden gezien.

Het tripelpunt kan effectief worden gebruikt bij de kalibratie van thermometers, waarbij gebruik wordt gemaakt van tripelpuntcellen.

Dit zijn steekproeven van stoffen onder geïsoleerde omstandigheden (in glazen "cellen") die zich op hun tripelpunt bevinden met bekende temperatuur- en drukomstandigheden, en dus de studie van de nauwkeurigheid van thermometermetingen vergemakkelijken.

De studie van dit concept is ook gebruikt bij de verkenning van de planeet Mars, waarbij werd geprobeerd het niveau van de zee te kennen tijdens missies die in het decennium van de jaren zeventig werden uitgevoerd..

Triple punt van water

De precieze omstandigheden van druk en temperatuur waarbij water in zijn drie fasen in evenwicht bestaat - vloeibaar water, ijs en damp - komen voor bij een temperatuur van exact 273,16 K (0,01 ° C) en een partiële stoomdruk. 611.656 pascal (0,00603659 atm).

Op dit punt is het mogelijk om de stof in een van de drie fasen om te zetten met minimale veranderingen in de temperatuur of druk ervan. Hoewel de totale druk van het systeem zich boven de vereiste waarde voor het tripelpunt zou kunnen bevinden, als de partiële stoomdruk 611.656 Pa is, zal het systeem het drievoudige punt gelijk bereiken.

Het is mogelijk om in de vorige afbeelding de weergave van het tripelpunt (of triple punt, in het Engels) van een stof waarvan het diagram vergelijkbaar is met die van water, afhankelijk van de temperatuur en druk die nodig is om deze waarde te bereiken.

In het geval van water komt dit punt overeen met de minimale druk waarbij vloeibaar water kan bestaan. Bij drukken lager dan dit tripelpunt (bijvoorbeeld in een vacuüm) en wanneer een constante drukverwarming wordt gebruikt, zal het vaste ijs direct in waterdamp worden omgezet zonder door vloeistof te gaan; dit is een proces genaamd sublimatie.

Boven deze minimale druk (Blz_tp), zal het ijs eerst smelten om vloeibaar water te vormen, en alleen dan zal het verdampen of koken om stoom te vormen.

Voor veel stoffen is de temperatuurwaarde op het tripelpunt de minimumtemperatuur waarbij de vloeistoffase kan bestaan, maar dit gebeurt niet bij water. Voor water gebeurt dit niet, omdat het smeltpunt van het ijs afneemt afhankelijk van de druk, zoals te zien is aan de groene stippellijn van het vorige cijfer.

In hogedrukfasen heeft het water een vrij complex fasediagram, waarin vijftien bekende ijsfasen worden getoond (bij verschillende temperaturen en drukken), naast tien verschillende drievoudige punten die in de volgende figuur worden gevisualiseerd:

Er kan worden opgemerkt dat, onder omstandigheden van hoge druk, ijs kan bestaan ​​in evenwicht met de vloeistof; Het diagram laat zien dat smeltpunten toenemen met de druk. Bij constante lage temperaturen en toenemende druk kan de stoom direct worden omgezet in ijs, zonder door de vloeibare fase te gaan.

De verschillende omstandigheden die voorkomen op de planeten waar het tripelpunt werd bestudeerd (Aarde op zeeniveau en in het equatoriale gebied van Mars) worden ook in dit diagram weergegeven..

Het diagram maakt duidelijk dat het tripelpunt varieert afhankelijk van de locatie om redenen van atmosferische druk en temperatuur, en niet alleen door de tussenkomst van de onderzoeker.

Drievoudig punt van cyclohexaan

Cyclohexaan is een cycloalkaan dat de molecuulformule van C heeft₆H₁₂. Deze stof heeft de bijzonderheid dat hij triple-puntsomstandigheden heeft die gemakkelijk kunnen worden gereproduceerd, zoals in het geval van water, aangezien dit punt zich op een temperatuur van 279,47 K en een druk van 5.388 kPa bevindt.

Onder deze omstandigheden is waargenomen dat de verbinding kookt, stolt en smelt met minimale veranderingen in temperatuur en druk.

Benzeen triple punt

In een geval vergelijkbaar met cyclohexaan, benzeen (organische verbinding met de chemische formule C₆H₆) heeft gemakkelijk triple-punt-condities in een laboratorium gereproduceerd.

De waarden zijn 278,5 K en 4,83 kPa, dus het is ook gebruikelijk om met dit component op beginnerniveau te experimenteren.

referenties

1. Wikipedia. (N.D.). Wikipedia. Opgehaald van en.wikipedia.org
2. Britannica, E. (1998). Encyclopedie Britannica. Opgehaald van britannica.com
3. Power, N. (s.f.). Kernenergie. Opgehaald van nuclear-power.net
4. Wagner, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). Internationale vergelijkingen voor de druk langs het smelten en langs de sublimatiecurve van gewoon water. Bochum.
5. Penoncello, S.G., Jacobsen, R.T., & Goodwin, A.R. (1995). Een thermodynamische eigenschappenformulering voor cyclohexaan.