Trojna točka je izraz s področja termodinamike, ki se nanaša na temperaturo in tlak, pri kateri obstajajo tri faze snovi istočasno v stanju termodinamično ravnotežje. Ta točka obstaja za vse snovi, čeprav se pogoji, v katerih so doseženi, med seboj zelo razlikujejo.
Trojna točka lahko vključuje tudi več faz iste vrste za določeno snov; to pomeni, da se opazita dve različni trdni, tekoči ali plinski fazi. Helij, zlasti njegov izotop helij-4, je dober primer trojne točke, v kateri sta dve posamezni fazi tekočine: normalna tekočina in odvečna tekočina.
Lastnosti trojnih točk
Trojna točka vode se uporablja za definiranje kelvina, osnovne enote termodinamične temperature v mednarodnem sistemu enot (SI). Ta vrednost je postavljena po definiciji in ne izmerjena.
Trojne točke vsake snovi je mogoče opaziti z uporabo faznih diagramov, ki so sestavljeni grafi, ki omogočajo prikaz mejnih pogojev trdne, tekoče, plinaste faze (in drugih, v posebnih primerih) snovi, medtem ko je ta povzročajo spremembe temperature, tlaka in / ali topnosti.
Snov lahko najdemo na njenem tališču, kjer se trdna snov sreča s tekočino; najdemo ga tudi na vrelišču, kjer tekočina sreča plin. Tri faze pa so dosežene šele v trojni točki. Ti diagrami bodo za vsako snov različni, kot bomo videli kasneje.
Trojno točko je mogoče učinkovito uporabiti pri umerjanju termometra, pri čemer uporabimo celice s trojico.
To so vzorci snovi v izoliranih pogojih (znotraj steklenih "celic"), ki jih najdemo na njihovi trojni točki z znanimi temperaturnimi in tlačnimi pogoji in tako olajšajo preučevanje natančnosti meritev termometra.
Študija tega koncepta je bila uporabljena tudi pri raziskovanju planeta Mars, pri katerem so med misijami, izvedenimi v 70. letih prejšnjega stoletja, poskusili spoznati gladino morja.
Trojna točka vode
Natančni pogoji tlaka in temperature, pri katerih voda soobstaja v treh fazah ravnotežja - tekoča voda, led in para -, se pojavijo pri temperaturi točno 273,16 K (0,01 ºC) in delnem tlaku hlapov 611.656 paskalov (0,00603659 atm).
Na tej točki je možna pretvorba snovi v katero koli od treh faz z minimalnimi spremembami njene temperature ali tlaka. Čeprav bi lahko skupni tlak sistema presegel tlak, ki je potreben za trojno točko, če je parni tlak hlapov 611.656 Pa, sistem doseže trojno točko na enak način.
Na prejšnji sliki je mogoče opaziti prikaz trojne točke (ali v angleščini trojne točke) snovi, katere diagram je podoben vodi, glede na temperaturo in tlak, potreben za dosego te vrednosti.
V primeru vode ta točka ustreza najmanjšemu tlaku, pri katerem lahko obstaja tekoča voda. Pri tlakih pod to trojno točko (na primer v vakuumu) in ob uporabi stalnega tlačnega ogrevanja se bo trden led pretvoril neposredno v vodno paro, ne da bi prešel skozi tekočino; To je postopek, ki se imenuje sublimacija.
Nad tem najnižjim tlakom (P tp ) se bo led najprej stopil, da je nastala tekoča voda, in le tam bo izhlapel ali vrel, da bi ustvaril hlape.
Za mnoge snovi je temperaturna vrednost na njeni trojni točki najnižja temperatura, pri kateri lahko obstaja tekoča faza, vendar se to ne zgodi v primeru vode. Za vodo se to ne zgodi, saj se tališče ledu zmanjša kot funkcija tlaka, kar prikazuje zelena pikčasta črta na prejšnji sliki.
V fazah visokega tlaka ima voda dokaj zapleten fazni diagram, v katerem je poleg desetih različnih trojnih točk, ki so prikazane na naslednji sliki, prikazanih petnajst znanih ledenih faz (pri različnih temperaturah in pritiskih):
Opazimo lahko, da lahko v pogojih visokega tlaka led obstaja v ravnovesju s tekočino; iz diagrama je razvidno, da se tališča s pritiskom povečujejo. Pri konstantnih nizkih temperaturah in naraščajočem tlaku se para lahko neposredno pretvori v led, ne da bi šla skozi tekočo fazo.
V tem diagramu so predstavljeni tudi različni pogoji, ki se pojavljajo na planetih, kjer je bila raziskana trojna točka (Zemlja na morju in v ekvatorialnem območju Marsa).
Iz diagrama je jasno razvidno, da se trojna točka razlikuje glede na lokacijo zaradi atmosferskega tlaka in temperature in ne samo zaradi intervencije eksperimentatorja.
Cikloheksan trojna točka
Cikloheksan je cikloalkan, ki ima molekulsko formulo C 6 H 12 . Ta snov ima posebnost, da ima pogoje za trojno točko, ki jih je mogoče enostavno reproducirati, kot v primeru vode, saj se ta točka nahaja pri temperaturi 279,47 K in tlaku 5,388 kPa.
V teh pogojih opazimo, da spojino vre, strdi in stopi z minimalnimi spremembami temperature in tlaka.
Benzena trojna točka
V primeru podoben cikloheksan, benzen (organska spojina s kemijsko formulo C 6 H 6 ) ima trojne točke pogoje, ki so zlahka ponoviti v laboratoriju.
Njene vrednosti so 278,5 K in 4,83 kPa, zato je eksperimentiranje s to komponento na začetni ravni tudi pogosto.
Reference
- Wikipedija. (sf). Wikipedija. Pridobljeno z en.wikipedia.org
- Britannica, E. (1998). Enciklopedija Britannica. Pridobljeno iz britannica.com
- Moč, N. (sf). Jedrska energija. Pridobljeno z jedrske sile.net
- Wagner, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). Mednarodne enačbe za tlak vzdolž taljenja in vzdolž krivulje sublimacije navadne vode. Bochum.
- Penoncello, SG, Jacobsen, RT, & Goodwin, AR (1995). Termodinamična formulacija lastnosti cikloheksana.