Üç nokta - Triple point
Olarak termodinamik , üçlü nokta , bir maddenin bir sıcaklık ve basınç bu üç faz ( gaz , sıvı ve katı madde ) bu maddenin aynı anda var termodinamik denge . Süblimleşme eğrisinin, füzyon eğrisinin ve buharlaşma eğrisinin buluştuğu sıcaklık ve basınçtır . Örneğin, üçlü cıva noktası -38.83440 °C (−37.90192 °F) sıcaklıkta ve 0.165 m Pa basınçta meydana gelir .
Katı, sıvı ve gaz fazları için üçlü noktaya ek olarak, çoklu polimorflara sahip maddeler için üçlü nokta birden fazla katı faz içerebilir . Helyum-4 , iki farklı akışkan fazını ( lambda noktası ) içeren üçlü bir nokta sunan özel bir durumdur .
Üçlü nokta su tanımlamak için kullanıldı kelvin , ana birim olarak termodinamik sıcaklığının Uluslararası Birim Sistemi (SI). Suyun üçlü noktasının değeri, ölçülmek yerine tanım gereği sabitlendi, ancak bu , SI temel birimlerinin 2019'da yeniden tanımlanmasıyla değişti . Çeşitli maddelerin üçlü noktaları, hidrojenin üçlü noktasından (13.8033 K) suyun üçlü noktasına (273.16 K, 0.01 °C veya 32.018 °F) kadar ITS-90 uluslararası sıcaklık ölçeğindeki noktaları tanımlamak için kullanılır. .
"Üç nokta" terimi, 1873'te Lord Kelvin'in kardeşi James Thomson tarafından icat edildi .
Üç nokta su
Gaz-sıvı-katı üçlü nokta
Sıvı su , katı buz ve su buharının kararlı bir dengede bir arada bulunabileceği tek basınç ve sıcaklık kombinasyonu , tam olarak 273.1600 K (0.0100 °C; 32.0180 °F) ve 611.657 paskal (6.11657 mbar; 0,00603659 atm). Bu noktada, basınç ve sıcaklıkta keyfi olarak küçük değişiklikler yaparak maddenin tamamını buza, suya veya buhara dönüştürmek mümkündür. Bir sistemin toplam basıncı suyun üçlü noktasının çok üzerinde olsa bile , su buharının kısmi basıncının 611.657 paskal olması şartıyla , sistem yine de suyun üçlü noktasına getirilebilir. Kesin olarak söylemek gerekirse, yüzey geriliminin etkilerini ortadan kaldırmak için farklı fazları ayıran yüzeyler de tamamen düz olmalıdır.
Suyun gaz-sıvı-katı üçlü noktası, sıvı suyun bulunabileceği minimum basınca karşılık gelir. Üç noktanın altındaki basınçlarda ( dış uzayda olduğu gibi ), sabit basınçta ısıtıldığında katı buz, süblimasyon olarak bilinen bir işlemde doğrudan su buharına dönüştürülür . Üçlü noktanın üzerinde, sabit basınçta ısıtıldığında katı buz, önce sıvı su oluşturmak üzere erir ve daha sonra daha yüksek bir sıcaklıkta buhar oluşturmak için buharlaşır veya kaynar.
Çoğu madde için gaz-sıvı-katı üçlü noktası aynı zamanda sıvının bulunabileceği minimum sıcaklıktır. Ancak su için bu doğru değildir, çünkü normal buzun erime noktası, faz diyagramında kesikli yeşil çizgi ile gösterildiği gibi, basıncın bir fonksiyonu olarak düşer . Üçlü noktanın hemen altındaki sıcaklıklarda, sabit sıcaklıkta sıkıştırma, su buharını önce katıya ve sonra sıvıya dönüştürür (su buzu sıvı sudan daha düşük yoğunluğa sahiptir, bu nedenle artan basınç sıvılaşmaya yol açar ).
Suyun üçlü nokta basıncı, Mariner 9'un Mars görevi sırasında "deniz seviyesini" tanımlamak için bir referans noktası olarak kullanıldı. Daha yeni görevler , Mars'taki yüksekliği tanımlamak için basınç yerine lazer altimetri ve yerçekimi ölçümlerini kullanır.
Yüksek basınç aşamaları
Yüksek basınçlarda su, bilinen 15 buz fazı ve koordinatları diyagramda gösterilen 10 da dahil olmak üzere birkaç üçlü nokta içeren karmaşık bir faz diyagramına sahiptir . Örneğin, 251 K (−22 °C) ve 210 MPa (2070 atm)'deki üçlü nokta , tümü dengede olan buz Ih (sıradan buz), buz III ve sıvı suyun bir arada bulunma koşullarına karşılık gelir . Ayrıca 218 K (-55 °C) ve 620 MPa (6120 atm) sıcaklıkta buz II , buz V ve buz VI gibi üç katı fazın bir arada bulunması için üçlü noktalar vardır .
Sıvı ile dengede bulunabilen bu yüksek basınçlı buz formları için diyagram, erime noktalarının basınçla arttığını göstermektedir. 273 K (0 °C) üzerindeki sıcaklıklarda, su buharı üzerindeki basıncın artması, önce sıvı su ve daha sonra yüksek basınçlı bir buz formu ile sonuçlanır. aralıkta251–273 K , önce buz I, ardından sıvı su ve ardından buz III veya buz V, ardından diğer daha yoğun yüksek basınçlı formlar oluşur.
| Kararlı dengedeki fazlar | Basınç | Hava sıcaklığı |
|---|---|---|
| sıvı su, buz I h ve su buharı | 611.657 Pa | 273.16 K (0,01 °C) |
| sıvı su, buz I h ve buz III | 209,9 MPa | 251 K (−22 °C) |
| sıvı su, buz III ve buz V | 350,1 MPa | -17,0 °C |
| sıvı su, buz V ve buz VI | 632.4 MPa | 0.16 °C |
| buz I h , Buz II ve buz III | 213 MPa | −35 °C |
| buz II, buz III ve buz V | 344 MPa | -24 °C |
| buz II, buz V ve buz VI | 626 MPa | -70 °C |
Üç noktalı hücreler
Paket noktalı hücreleri kullanılan kalibrasyon ve termometre . Zorlu çalışma için, üç noktalı hücreler tipik olarak hidrojen, argon, cıva veya su (istenen sıcaklığa bağlı olarak) gibi oldukça saf bir kimyasal madde ile doldurulur. Bu maddelerin saflığı öyle olabilir ki, milyonda sadece bir kısım kirleticidir ve %99,9999 saf olduğu için "altı dokuz" olarak adlandırılır. Su bazlı bir hücre olduğunda, izotopik bileşimdeki varyasyonlar üçlü noktada küçük değişikliklere neden olduğu için VSMOW adı verilen spesifik bir izotopik bileşim kullanılır. Üç noktalı hücreler, son derece hassas, tekrarlanabilir sıcaklıklar elde etmede o kadar etkilidir ki, ITS-90 olarak adlandırılan termometreler için uluslararası bir kalibrasyon standardı , üç noktalı hidrojen , neon , oksijen , argon , cıva ve su hücrelerine altısını tanımlamak için dayanır . tanımlanmış sıcaklık noktaları
Üçlü puan tablosu
Bu tablo, çeşitli maddelerin gaz-sıvı-katı üçlü noktalarını listeler. Aksi belirtilmedikçe, veriler ABD Ulusal Standartlar Bürosu'ndan (şimdi NIST , Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü) gelir.
| Madde | T [ K ] ( °C ) | p [ kPa ]* ( atm ) |
|---|---|---|
| Asetilen | 192,4 K (-80.7 °C) | 120 kPa (1,2 atm) |
| Amonyak | 195,40 K (−77,75 °C) | 6.060 kPa (0.05981 atm) |
| Argon | 83.8058 K (−189.3442 °C) | 68,9 kPa (0,680 atm) |
| Arsenik | 1.090 K (820 °C) | 3.628 kPa (35.81 atm) |
| Bütan | 134.6 K (−138.6 °C) | 7 × 10 −4 kPa (6,9 × 10 −6 atm) |
| Karbon ( grafit ) | 4.765 K (4.492 °C) | 10,132 kPa (100,00 atm) |
| Karbon dioksit | 216,55 K (−56,60 °C) | 517 kPa (5.10 atm) |
| Karbonmonoksit | 68,10 K (−205,05 °C) | 15,37 kPa (0,1517 atm) |
| Kloroform | 175.43 K (−97.72 °C) | 0,870 kPa (0,00859 atm) |
| Döteryum | 18.63 K (-254.52 °C) | 17,1 kPa (0,169 atm) |
| Etan | 89,89 K (−183,26 °C) | 1,1 × 10 −3 kPa (1,1 × 10 −5 atm) |
| etanol | 150 K (−123 °C) | 4,3 × 10 −7 kPa (4,2 × 10 −9 atm) |
| Etilen | 104,0 K (−169,2 °C) | 0.12 kPa (0.0012 atm) |
| Formik asit | 281.40 K (8.25 °C) | 2,2 kPa (0,022 atm) |
| Helyum-4 ( lamda noktası ) | 2.1768 K (−270.9732 °C) | 5.048 kPa (0.04982 atm) |
| Helyum-4 ( hcp − bcc −He-II) | 1.463 K (−271.687 °C) | 26.036 kPa (0,25696 atm) |
| Helyum-4 (bcc-He-I-He-II) | 1.762 K (−271.388 °C) | 29.725 kPa (0,29336 atm) |
| Helyum-4 (hcp−bcc−He-I) | 1.772 K (−271.378 °C) | 30.016 kPa (0,29623 atm) |
| heksafloroetan | 173,08 K (−100,07 °C) | 26,60 kPa (0,2625 atm) |
| Hidrojen | 13.8033 K (−259.3467 °C) | 7,04 kPa (0,0695 atm) |
| Hidrojen klorür | 158,96 K (−114,19 °C) | 13,9 kPa (0,137 atm) |
| İyot | 386,65 K (113,50 °C) | 12,07 kPa (0,1191 atm) |
| izobütan | 113,55 K (−159,60 °C) | 1.9481 × 10 −5 kPa (1.9226 × 10 −7 atm) |
| Kripton | 115,76 K (−157,39 °C) | 74,12 kPa (0,7315 atm) |
| Merkür | 234.3156 K (−38.8344 °C) | 1,65 × 10 −7 kPa (1,63 × 10 −9 atm) |
| Metan | 90,68 K (-182,47 °C) | 11,7 kPa (0,115 atm) |
| Neon | 24.5561 K (−248.5939 °C) | 43.332 kPa (0,42765 atm) |
| Nitrik oksit | 109,50 K (−163.65 °C) | 21,92 kPa (0,2163 atm) |
| Azot | 63,18 K (−209,97 °C) | 12,6 kPa (0,124 atm) |
| azot oksit | 182,34 K (−90,81 °C) | 87,85 kPa (0,8670 atm) |
| Oksijen | 54.3584 K (−218.7916 °C) | 0.14625 kPa (0.0014434 atm) |
| paladyum | 1.825 K (1.552 °C) | 3,5 × 10 −3 kPa (3,5 × 10 −5 atm) |
| Platin | 2.045 K (1.772 °C) | 2 × 10 −4 kPa (2,0 × 10 −6 atm) |
| radon | 202 K (−71 °C) | 70 kPa (0,69 atm) |
| (mono)Silan | 88,48 K (−184,67 °C) | 0.019644 kPa (0.00019387 atm) |
| Kükürt dioksit | 197,69 K (−75,46 °C) | 1,67 kPa (0.0165 atm) |
| Titanyum | 1.941 K (1.668 °C) | 5,3 × 10 −3 kPa (5,2 × 10 −5 atm) |
| uranyum heksaflorür | 337,17 K (64,02 °C) | 151.7 kPa (1.497 atm) |
| Suçlu | 273.16 K (0,01 °C) | 0.611657 kPa (0.00603659 atm) |
| ksenon | 161.3 K (-111.8 °C) | 81,5 kPa (0,804 atm) |
| Çinko | 692,65 K (419,50 °C) | 0.065 kPa (0.00064 atm) |
Notlar:
- Karşılaştırma için, tipik atmosfer basıncı 101.325 kPa'dır (1 atm).
- SI birimlerinin yeni tanımından önce, suyun üçlü noktası, 273.16 K, kesin bir sayıydı.
Ayrıca bakınız
Referanslar
Dış bağlantılar
-
İlgili Medya Üçlü noktada Wikimedia Commons
