Какие значения температуры и давления соответствуют тройной точке воды

Тройная точка

Типичные виды фазовых диаграмм. Зелёный пунктир показывает аномальное поведение воды

Трёхмерная фазовая диаграмма

Фазовая диаграмма элементарной серы.

Sp — ромбическая сера; Sм — моноклинная сера; Sж — жидкая сера; Sп — пары серы

Р — давление, Т — температура, γ — концентрация раствора; А — четверная точка в системе раствор — соль — лёд — пар, В — четверная точка в системе раствор — соль безводная — твёрдый кристаллогидрат — лёд (или вместо льда пар)

Тройна́я то́чка в однокомпонентной системе — точка схождения кривых двухфазных равновесий на плоской P-T-фазовой диаграмме, соответствующая устойчивому равновесию трёх фаз[1][2]. Тройная точка нонвариантна, т. е. не допускает изменения ни одного из характеризующих её параметров состояния — ни температуры, ни давления[3][4]. Индивидуальные вещества могут иметь несколько стабильных кристаллических фаз и вследствие этого несколько тройных точек[5]. В системе, способной к образованию N фаз, число возможных тройных точек равно [6]. Например, для серы известны четыре фазы — две твёрдые, жидкая и газообразная — и четыре тройные точки, одна из которых метастабильная[7][8][9][6].

Если для индивидуального вещества существует тройная точка, соответствующая состоянию, в котором равновесные фазы находятся в различных агрегатных состояниях (твёрдом, жидком и газообразном), то она единственна[10][11], и её называют основной тройной точкой[12][13][14] или фундаментальной точкой[15]. Основная тройная точка не существует для гелия[16].

Поскольку координаты тройной точки задаются значениями P и T и не зависят от V, то на трёхмерной фазовой диаграмме P-T-V и её проекции на плоскость P-V равновесным состояниям трёх фаз соответствует тройная линия (triple line)[17][18].

В основной тройной точке сходятся три моновариантные линии двухфазных равновесий: плавления (равновесие кристалл — жидкость), кипения (равновесие жидкость — пар) и возгонки (равновесие кристалл — пар)[3]. Гелий 3Не и 4Не не имеют основной тройной точки — в обоих случаях линии равновесия твёрдой фазы с жидкими (Не I и Не II) и жидких фаз с газообразной нигде не пересекаются: твёрдая фаза находится в равновесии только с жидкой[19][20][16]. Другие вещества с такой особенностью неизвестны[20].

Единственность и нонвариантность основной тройной точки позволяет использовать её как репер температуры. В частности, температурная шкала Кельвина использует тройную точку воды в качестве опорной.

Правило фаз Гиббса ограничивает число сосуществующих фаз — однокомпонентная система в равновесии не может иметь больше трёх фаз[1][2], — но не накладывает ограничений на их агрегатное состояние. Поэтому в случае энантиотропии на диаграмме состояния помимо основной тройной точки появляются дополнительные тройные точки, отвечающие:

  • равновесию двух твёрдых фаз с жидкостью (например, аллотропных модификаций кристаллической серы — ромбической и моноклинной — и жидкой серы);
  • равновесию двух твёрдых фаз с паром;
  • равновесию трёх твёрдых фаз.

Возможно также появление метастабильных тройных точек, расположенных на пересечении линий метастабильных двухфазных равновесий (или продолжений этих линий). В случае монотропии появляется только метастабильная тройная точка[3].

Кристаллическая элементарная сера диморфна, поэтому на фазовой диаграмме серы (см. рисунок; для давления использован логарифмический масштаб) имеются три стабильные тройные точки и одна метастабильная, каждая из которых отвечает условиям термодинамического равновесия трёх фаз[21]:

  • точка А (дополнительная): равновесие твёрдой ромбической Sp, твёрдой моноклинной Sм и газообразной серы Sп;
  • точка В (дополнительная): равновесие твёрдой ромбической, твёрдой моноклинной и жидкой серы Sж;
  • точка С (основная): равновесие твёрдой моноклинной, расплавленной и газообразной серы;
  • точка О (метастабильная): метастабильное равновесие между перегретой твёрдой ромбической, переохлаждённой жидкой и газообразной серой.

Как показывает фазовая диаграмма, ромбическая сера не может одновременно находиться в равновесии с расплавом и парами серы[22], поэтому в основной тройной точке твёрдая фаза представлена моноклинной серой. Метастабильная тройная точка появляется вследствие низкой скорости превращения одной кристаллической модификации серы в другую[23].

В дополнительных тройных точках гелия сосуществуют либо две жидкие фазы (Не I и Не II) и кристаллический гелий, либо две жидкие фазы и газообразный гелий[24]. Для воды в 1975 г. были известны семь дополнительных тройных точек, из них три — для трёх твёрдых фаз[25]. Современные данные см. в статье Фазовая диаграмма воды и на приведённой в этой статье диаграмме.

При увеличении числа компонентов системы (раствора или сплава) увеличивается и число независимых параметров, характеризующих эту систему. Для описания двухкомпонентной системы к температуре и давлению добавляют третий параметр, характеризующий состав системы. Нонвариантной в бинарной системе будет четверная точка. Например, в системе из воды и соли одновременно в равновесии могут быть фазы: раствор, соль, лёд и пар (точка А на рис. Четверные точки в двухкомпонентной системе). Если соль образует кристаллогидраты, то возможны другие комбинации четырёх фаз, например раствор, соль безводная, твёрдый кристаллогидрат, лёд (или вместо льда пар) и т. д.(точка В на рис. Четверные точки в двухкомпонентной системе)[4][26]. Трёхмерная диаграмма состояния бинарной системы имеет уже множество тройных точек, расположенных на тройной пространственной кривой. На плоской диаграмме равновесие трёх фаз для такой системы можно отобразить, если считать один из параметров постоянным. В общем случае тройные точки существуют на плоских диаграммах состояния систем с любым числом компонентов, если все параметры, определяющие состояние системы, кроме двух, фиксированы[1].

В трёхкомпонентной системе тройной точкой называют нонвариантную точку четырёхфазного равновесия расплава с тремя твёрдыми фазами (тройная эвтектическая точка, точка тройной эвтектики)[3][27][28].

Параметры тройной точки некоторых веществ[править | править код]

Параметры тройной точки некоторых веществ приведены в таблице[29][30].

Параметры тройной точки веществ

ВеществоФазыТемпература, °СДавление, МПа
Ar (аргон)твёрдая-жидкая-газовая-189,340,0689
Br2 (бром)твёрдая-жидкая-газовая-7,250,0046548
С (углерод)графит-алмаз-жидкость370011000
Cl2 (хлор)твёрдая-жидкая-газовая-101,050,001354
F2 (фтор)твёрдая-жидкая-газовая-219,610,00019198
H2 (водород)твёрдая-жидкая-газовая-259.190,007205
Kr (криптон)твёрдая-жидкая-газовая-157,220,073
N2 (азот)твёрдая-жидкая-газовая-210,010,012520
Ne (неон)твёрдая-жидкая-газовая-248,610,043265
Rn (радон)твёрдая-жидкая-газовая-710,07
Ti (титан)640 ± 50(8 ± 0,7)•1000
Tl (таллий)α-β-γ1153900
Xe (ксенон)твёрдая-жидкая-газовая-111,630,08

См. также[править | править код]

  • Определение температурной шкалы Кельвина
  • Тройная точка воды

Примечания[править | править код]

  1. ↑ 1 2 3 Физическая энциклопедия. Тройная точка.
  2. ↑ 1 2 Большая Советская Энциклопедия. Тройная точка.
  3. ↑ 1 2 3 4 Химическая энциклопедия, т. 5, 1998, с. 12.
  4. ↑ 1 2 Мюнстер А., Химическая термодинамика, 1971, с. 151.
  5. ↑ Хачкурузов Г. А., Основы общей и химической термодинамики, 1979, с. 132.
  6. ↑ 1 2 IUPAC Gold Book, 2014, p. 1567.
  7. ↑ Мейер К., Физико-химическая кристаллография, 1972, с. 133-134.
  8. ↑ Булидорова Г. В. и др., Физическая химия, 2012, с. 228.
  9. ↑ Иванова Т. Е., Химическая термодинамика и ее применение в нефтегазовом деле, 2014, с. 87.
  10. ↑ Жданов Л. С., Жданов Г. Л., Физика, 1984, с. 119.
  11. ↑ Мякишев Г. Я., Синяков А. З., Физика. Молекулярная физика. Термодинамика, 2010, с. 310.
  12. ↑ Термодинамика. Основные понятия. Терминология. Буквенные обозначения величин, 1984, с. 22.
  13. ↑ Новиков И. И., Термодинамика, 1984, с. 215.
  14. ↑ Романюк В. Н. и др., Лабораторные работы (практикум) по дисциплине «Техническая термодинамика», ч. 2, 2003, с. 21.
  15. ↑ Леонова В. Ф., Термодинамика, 1968, с. 144.
  16. ↑ 1 2 Глаголев К. В., Морозов А. Н., Физическая термодинамика, 2007, с. 241.
  17. ↑ Хейвуд Р., Термодинамика равновесных процессов, 1983, с. 99.
  18. ↑ Техническая термодинамика. Под ред. Э. И. Гуйго, 1984, с. 146.
  19. ↑ Мюнстер А., Химическая термодинамика, 1971, с. 222.
  20. ↑ 1 2 Жданов Л. С., Жданов Г. Л., Физика, 1984, с. 121.
  21. ↑ Булидорова Г. В. и др., Физическая химия, 2012, с. 228.
  22. ↑ Ансельм А. И., Основы статистической физики и термодинамики, 1973, с. 227.
  23. ↑ Мейер К., Физико-химическая кристаллография, 1972, с. 134.
  24. ↑ Глаголев К. В., Морозов А. Н., Физическая термодинамика, 2007, с. 242.
  25. ↑ Эйзенберг Д., Кауцман В., Структура и свойства воды, 1975, с. 95-96.
  26. ↑ Раковский А. В., Курс физической химии, 1939, с. 276.
  27. ↑ Еремин Е. Н., Основы химической термодинамики, 1978, с. 329.
  28. ↑ Бобкова Н. М., Физическая химия тугоплавких материалов, 2007, с. 103.
  29. ↑ Дриц М. Е. и др., Свойства элементов, 1998.
  30. ↑ Фёдоров П. И., Тройная точка, 1998, с. 12.
Читайте также:  Какой сок пить для понижения давления

Литература[править | править код]

  • Nic M., Jirat J., Kosata B., Jenkins A. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Gold Book) (англ.). — 2.3.3. — International Union of Pure and Applied Chemistry, 2014. — 1622 p. — ISBN 0-9678550-9-8.
  • Ансельм А. И. Основы статистической физики и термодинамики. — М.: Наука, 1973. — 424 с.
  • Бобкова Н. М. Физическая химия тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. — Минск: Вышэйшая школа, 2007. — 303 с. — ISBN 978-985-06-1389-9.
  • Булидорова Г. В., Галяметдинов Ю. Г., Ярошевская Х. М., Барабанов В. П. Физическая химия. — Казань: Изд-во Казан. нац. исслед. технол. ун-та, 2012. — 396 с. — ISBN 978-5-7882-1367-5.
  • Глаголев К. В., Морозов А. Н. Физическая термодинамика. — 2-е изд., испр. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. — 270 с. — (Физика в техническом университете). — ISBN 978-5-7038-3026-0.
  • Дриц М. Е., Будберг П. Б., Бурханов Г. С., Дриц А. М., Пановко В. М. Свойства элементов. Справочник / Под общ. ред. проф. М. Е. Дрица. — М.: Металлургия, 1985. — 672 с.
  • Еремин Е. Н. Основы химической термодинамики. — 2-е изд. — М.: Высшая школа, 1978. — 392 с.
  • Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика для средних специальных учебных заведений. — 4-е изд., испр. — М.: Наука, 1984. — 512 с.
  • Иванова Т. Е. Химическая термодинамика и ее применение в нефтегазовом деле. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2014. — 146 с. — ISBN 978-5-9961-0925-8.
  • Мейер К. Физико-химическая кристаллография. — Пер. с нем. О. П. Никитиной. — Под ред. Е. Д. Щукина и Б. Д. Сумма. — М.: Металлургия, 1972. — 480 с.
  • Леонова В. Ф. Термодинамика. — М: Высшая школа, 1968. — 159 с.
  • Мякишев Г. Я., Синяков А. З. Физика. Молекулярная физика. Термодинамика. 10 класс. Профильный уровень. — 12-е изд., стереотип.. — М.: Дрофа, 2010. — 349 с. — ISBN 978-5-358-08873-3.
  • Мюнстер А. Химическая термодинамика. — М.: Мир, 1971. — 296 с.
  • Новиков И. И. Термодинамика. — М.: Машиностроение, 1984. — 592 с.
  • Раковский А. В. Курс физической химии. — М.: Госхимиздат, 1939. — 544 с.
  • Романюк В. Н., Томкунас Е. В., Баук И. В., Тарасевич Л. В. Лабораторные работы (практикум) по дисциплине «Техническая термодинамика» для студентов теплоэнергетических специальностей. В 4-х частях. Часть 2. Реальный газ. — Минск: БелНТУ, 2003. — 104 с.
  • Термодинамика. Основные понятия. Терминология. Буквенные обозначения величин / Отв. ред. И. И. Новиков. — АН СССР. Комитет научно-технической терминологии. Сборник определений. Вып. 103. — М.: Наука, 1984. — 40 с.
  • Техническая термодинамика / Под ред. проф. Э. И. Гуйго. — 2-е изд. — Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1984. — 296 с.
  • Фёдоров П. И. Тройная точка (рус.) // Химическая энциклопедия. — Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5: Триптофан — Ятрохимия. — С. 12.
  • Хачкурузов Г. А. Основы общей и химической термодинамики. — М.: Высшая школа, 1979. — 268 с.
  • Хейвуд Р. Термодинамика равновесных процессов. Руководство для инженеров и научных работников. — М.: Мир, 1983. — 493 с.
  • Химическая энциклопедия / Гл. ред. Н. С. Зефиров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5: Триптофан — Ятрохимия. — 783 с. — ISBN 5-85270-310-9.
  • Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. — Л.: Гидрометеоиздат, 1975. — 280 с.

Внешние ссылки[править | править код]

  • Определение Кельвина в BIPM (англ.)
  • К. В. Глаголев, А. Н. Морозов. Диаграммы состояния

Источник

Triple point

In thermodynamics, the triple point of a substance is the temperature and pressure at which the three phases (gas, liquid, and solid) of that substance coexist in thermodynamic equilibrium.[1] It is that temperature and pressure at which the sublimation curve, fusion curve and the vaporisation curve meet. For example, the triple point of mercury occurs at a temperature of −38.83440 °C (−37.90192 °F) and a pressure of 0.165 mPa.

In addition to the triple point for solid, liquid, and gas phases, a triple point may involve more than one solid phase, for substances with multiple polymorphs. Helium-4 is a special case that presents a triple point involving two different fluid phases (lambda point).[1]

The triple point of water was used to define the kelvin, the base unit of thermodynamic temperature in the International System of Units (SI).[2] The value of the triple point of water was fixed by definition, rather than measured, but that changed with the 2019 redefinition of SI base units. The triple points of several substances are used to define points in the ITS-90 international temperature scale, ranging from the triple point of hydrogen (13.8033 K) to the triple point of water (273.16 K, 0.01 °C, or 32.018 °F).

The term «triple point» was coined in 1873 by James Thomson, brother of Lord Kelvin.[3]

Triple point of water[edit]

Gas-liquid-solid triple point[edit]

This article needs to be upd. The reason given is: it needs to reflect the 2019 redefinition of the SI base units, which came into effect on May 20, 2019. Please up this article to reflect recent events or newly available rmation. (January 2020)

A typical phase diagram. The solid green line applies to most substances; the dashed green line gives the anomalous behavior of water

The combination of pressure and temperature at which liquid water, solid ice, and water vapor can coexist in a stable equilibrium occurs at approximately 273.1575 K (0.0075 °C; 32.0135 °F) and a partial vapor pressure of 611.657 pascals (6.11657 mbar; 0.00603659 atm).[4][5] At that point, it is possible to change all of the substance to ice, water, or vapor by making arbitrarily small changes in pressure and temperature. Even if the total pressure of a system is well above the triple point of water, provided that the partial pressure of the water vapor is 611.657 pascals, then the system can still be brought to the triple point of water. Strictly speaking, the surfaces separating the different phases should also be perfectly flat, to negate the effects of surface tension.

Читайте также:  Какое давление должно быть в шинах автобуса паз

The gas-liquid-solid triple point of water corresponds to the minimum pressure at which liquid water can exist. At pressures below the triple point (as in outer space), solid ice when heated at constant pressure is converted directly into water vapor in a process known as sublimation. Above the triple point, solid ice when heated at constant pressure first melts to form liquid water, and then evaporates or boils to form vapor at a higher temperature.

For most substances the gas-liquid-solid triple point is also the minimum temperature at which the liquid can exist. For water, however, this is not true because the melting point of ordinary ice decreases as a of pressure, as shown by the dashed green line in the phase diagram. At temperatures just below the triple point, compression at constant temperature transforms water vapor first to solid and then to liquid (water ice has lower density than liquid water, so increasing pressure leads to a liquefaction).

The triple point pressure of water was used during the Mariner 9 mission to Mars as a reference point to define «sea level». More recent missions use laser altry and gravity measurements instead of pressure to define elevation on Mars.[6]

Water boiling at 0ºC using a vacuum pump.

High-pressure phases[edit]

At high pressures, water has a complex phase diagram with 15 known phases of ice and several triple points, including 10 whose coordinates are shown in the diagram. For example, the triple point at 251 K (−22 °C) and 210 MPa (2070 atm) corresponds to the conditions for the coexistence of ice Ih (ordinary ice), ice III and liquid water, all at equilibrium. There are also triple points for the coexistence of three solid phases, for example ice II, ice V and ice VI at 218 K (−55 °C) and 620 MPa (6120 atm).

For those high-pressure forms of ice which can exist in equilibrium with liquid, the diagram shows that melting points increase with pressure. At temperatures above 273 K (0 °C), increasing the pressure on water vapor results first in liquid water and then a high-pressure form of ice. In the range 251-273 K, ice I is formed first, followed by liquid water and then ice III or ice V, followed by other still denser high-pressure forms.

Phase diagram of water including high-pressure forms ice II, ice III, etc. The pressure axis is logarithmic. For detailed descriptions of these phases, see Ice.

The various triple points of water

Phases in stable equilibriumPressureTemperature
liquid water, ice Ih, and water vapor611.657 Pa[7]273.16 K (0.01 °C)
liquid water, ice Ih, and ice III209.9 MPa251 K (−22 °C)
liquid water, ice III, and ice V350.1 MPa−17.0 °C
liquid water, ice V, and ice VI632.4 MPa0.16 °C
ice Ih, Ice II, and ice III213 MPa−35 °C
ice II, ice III, and ice V344 MPa−24 °C
ice II, ice V, and ice VI626 MPa−70 °C

Triple-point cells[edit]

Triple-point cells are used in the calibration of thermometers. For exacting work, triple-point cells are typically filled with a highly pure chemical substance such as hydrogen, argon, mercury, or water (depending on the desired temperature). The purity of these substances can be such that only one part in a million is a contaminant, called «six nines» because it is 99.9999% pure. When it is a water-based cell, a specific isotopic composition called VSMOW is used because variations in isotopic composition cause small changes in the triple point. Triple-point cells are so effective at achieving highly precise, reproducible temperatures, that an international calibration standard for thermometers called ITS-90 relies upon triple-point cells of hydrogen, neon, oxygen, argon, mercury, and water for delineating six of its defined temperature points.

Table of triple points[edit]

This table lists the gas-liquid-solid triple points of several substances. Unless otherwise noted, the data come from the U.S. National Bureau of Standards (now NIST, National Institute of Standards and Technology).[8]

SubstanceT [K] (°C)p [kPa]* (atm)
Acetylene192.4 K (−80.7 °C)120 kPa (1.2 atm)
Ammonia195.40 K (−77.75 °C)6.060 kPa (0.05981 atm)
Argon83.8058 K (−189.3442 °C)68.9 kPa (0.680 atm)
Arsenic1,090 K (820 °C)3,628 kPa (35.81 atm)
Butane[9]134.6 K (−138.6 °C)7×10−4 kPa (6.9×10−6 atm)
Carbon (graphite)4,765 K (4,492 °C)10,132 kPa (100.00 atm)
Carbon dioxide216.55 K (−56.60 °C)517 kPa (5.10 atm)
Carbon monoxide68.10 K (−205.05 °C)15.37 kPa (0.1517 atm)
Chloroform[10]175.43 K (−97.72 °C)0.870 kPa (0.00859 atm)
Deuterium18.63 K (−254.52 °C)17.1 kPa (0.169 atm)
Ethane89.89 K (−183.26 °C)1.1×10−3 kPa (1.1×10−5 atm)
Ethanol[11]150 K (−123 °C)4.3×10−7 kPa (4.2×10−9 atm)
Ethylene104.0 K (−169.2 °C)0.12 kPa (0.0012 atm)
Formic acid[12]281.40 K (8.25 °C)2.2 kPa (0.022 atm)
Helium-4 (lambda point)[13]2.1768 K (−270.9732 °C)5.048 kPa (0.04982 atm)
Helium-4 (hcp−bcc−He-II)[14]1.463 K (−271.687 °C)26.036 kPa (0.25696 atm)
Helium-4 (bcc−He-I−He-II)[14]1.762 K (−271.388 °C)29.725 kPa (0.29336 atm)
Helium-4 (hcp−bcc−He-I)[14]1.772 K (−271.378 °C)30.016 kPa (0.29623 atm)
Hexafluoroethane[15]173.08 K (−100.07 °C)26.60 kPa (0.2625 atm)
Hydrogen13.8033 K (−259.3467 °C)7.04 kPa (0.0695 atm)
Hydrogen chloride158.96 K (−114.19 °C)13.9 kPa (0.137 atm)
Iodine[16]386.65 K (113.50 °C)12.07 kPa (0.1191 atm)
Isobutane[17]113.55 K (−159.60 °C)1.9481×10−5 kPa (1.9226×10−7 atm)
Krypton115.76 K (−157.39 °C)74.12 kPa (0.7315 atm)
Mercury234.3156 K (−38.8344 °C)1.65×10−7 kPa (1.63×10−9 atm)
Methane90.68 K (−182.47 °C)11.7 kPa (0.115 atm)
Neon24.5561 K (−248.5939 °C)43.332 kPa (0.42765 atm)
Nitric oxide109.50 K (−163.65 °C)21.92 kPa (0.2163 atm)
Nitrogen63.18 K (−209.97 °C)12.6 kPa (0.124 atm)
Nitrous oxide182.34 K (−90.81 °C)87.85 kPa (0.8670 atm)
Oxygen54.3584 K (−218.7916 °C)0.14625 kPa (0.0014434 atm)
Palladium1,825 K (1,552 °C)3.5×10−3 kPa (3.5×10−5 atm)
Platinum2,045 K (1,772 °C)2×10−4 kPa (2.0×10−6 atm)
Radon202 K (−71 °C)70 kPa (0.69 atm)
(mono)Silane[18]88.48 K (−184.67 °C)0.019644 kPa (0.00019387 atm)
Sulfur dioxide197.69 K (−75.46 °C)1.67 kPa (0.0165 atm)
Titanium1,941 K (1,668 °C)5.3×10−3 kPa (5.2×10−5 atm)
Uranium hexafluoride337.17 K (64.02 °C)151.7 kPa (1.497 atm)
Water[4][5]273.16 K (0.01 °C)0.611657 kPa (0.00603659 atm)
Xenon161.3 K (−111.8 °C)81.5 kPa (0.804 atm)
Zinc692.65 K (419.50 °C)0.065 kPa (0.00064 atm)

Notes:

  • For comparison, typical atmospheric pressure is 101.325 kPa (1 atm).
  • Before the new definition of SI units, water’s triple point, 273.16 K, was an exact number.

See also[edit]

  • Critical point (thermodynamics)
  • Gibbs’ phase rule

References[edit]

  1. ^ a b IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the «Gold Book») (1997). Online corrected version: (1994) «Triple point». doi:10.1351/goldbook.T06502.
  2. ^ Definition of the kelvin at BIPM.
  3. ^ James Thomson (1873) «A quantitative investigation of certain relations between the gaseous, the liquid, and the solid es of water-substance», Proceedings of the Royal Society, 22 : 27-36. From a on page 28: » … the three curves would meet or cross each other in one point, which I have called the triple point».
  4. ^ a b International Equations for the Pressure along the Melting and along the Sublimation Curve of Ordinary Water Substance. W. Wagner, A. Saul and A. Pruss (1994), J. Phys. Chem. Ref. Data, 23, 515.
  5. ^ a b Murphy, D. M. (2005). «Review of the vapour pressures of ice and supercooled water for atmospheric applications». Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 131 (608): 1539-1565. Bibcode:2005QJRMS.131.1539M. doi:10.1256/qj.04.94.
  6. ^ Carr, Michael H. (2007). The Surface of Mars. Cambridge University Press. p. 5. ISBN 978-0-521-87201-0 .
  7. ^ Murphy, D. M. (2005). «Review of the vapour pressures of ice and supercooled water for atmospheric applications». Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 131 (608): 1539-1565. Bibcode:2005QJRMS.131.1539M. doi:10.1256/qj.04.94.
  8. ^ Cengel, Yunus A.; Turner, Robert H. (2004). Fundamentals of thermal-fluid sciences. Boston: McGraw-Hill. p. 78. ISBN 0-07-297675-6 .
  9. ^ See Butane (data page)
  10. ^ See Chloroform (data page)
  11. ^ See Ethanol (data page)
  12. ^ See Formic acid (data page)
  13. ^ Donnelly, Russell J.; Barenghi, Carlo F. (1998). «The Observed Properties of Liquid Helium at the Saturated Vapor Pressure». Journal of Physical and Chemical Reference Data. 27 (6): 1217-1274. Bibcode:1998JPCRD..27.1217D. doi:10.1063/1.556028.
  14. ^ a b c Hoffer, J. K.; Gardner, W. R.; Waterfield, C. G.; Phillips, N. E. (April 1976). «Thermodynamic properties of 4He. II. The bcc phase and the P-T and VT phase diagrams below 2 K». Journal of Low Temperature Physics. 23 (1): 63-102. Bibcode:1976JLTP…23…63H. doi:10.1007/BF00117245. S2CID 120473493.
  15. ^ See Hexafluoroethane (data page)
  16. ^ Walas, S. M. (1990). Chemical Process Equipment — Selection and De. Amsterdam: Elsevier. p. 639. ISBN 0-7506-7510-1 .
  17. ^ See Isobutane (data page)
  18. ^ «Silane-Gas Encyclopedia». Gas Encyclopedia. Air Liquide. Retrieved 14 April 2021.
Читайте также:  Какое нижнее давление должно быть в насосной станции

External s[edit]

  • to Triple point at Wiki Commons

Источник

Трехточечные характеристики воды, циклогексана и бензола

тройная точка это термин в области термодинамики, который относится к температуре и давлению, при которых одновременно находятся три фазы вещества в состоянии термодинамического равновесия. Эта точка существует для всех веществ, хотя условия, в которых они достигаются, сильно различаются между.

Тройная точка также может включать более одной фазы одного типа для конкретного вещества; то есть наблюдаются две разные фазы твердого вещества, жидкости или газа. Гелий, в частности его изотоп гелий-4, является хорошим примером тройной точки, включающей две отдельные жидкие фазы: нормальную и сверхтекучую жидкость.

индекс

  • 1 Характеристика тройной точки
  • 2 Тройная точка воды
  • 3 Тройная точка циклогексана
  • 4 Тройная точка бензола
  • 5 ссылок

Характеристики тройной точки

Тройная точка воды используется для определения Кельвина, базовой единицы термодинамической температуры в международной системе единиц (СИ). Это значение фиксируется по определению, а не измеряется.

Тройные точки каждого вещества можно наблюдать с помощью фазовых диаграмм, которые представляют собой построенные графики, которые позволяют демонстрировать ограничивающие условия для твердой, жидкой, газообразной фаз (и других, в особых случаях) вещества, в то время как они проявляют изменения температуры, давления и / или растворимости.

Вещество может быть найдено в его точке плавления, в которой твердое вещество встречается с жидкостью; Это может также быть найдено в его точке кипения, где жидкость встречает газ. Однако именно в тройной точке достигаются все три этапа. Эти диаграммы будут отличаться для каждого вещества, как будет видно позже.

Тройная точка может эффективно использоваться при калибровке термометров с использованием трехточечных ячеек.

Это образцы веществ в изолированных условиях (внутри стеклянных «ячеек»), которые находятся в тройной точке с известными условиями температуры и давления и, таким образом, облегчают изучение точности измерений термометром..

Изучение этой концепции также использовалось при исследовании планеты Марс, на которой пытались узнать уровень моря во время миссий, которые проводились в десятилетие 1970-х годов..

Тройная точка воды

Точные условия давления и температуры, при которых вода сосуществует в трех равновесных фазах — жидкая вода, лед и пар — происходят при температуре ровно 273,16 К (0,01 ° С) и парциальном давлении пара. 611 656 паскалей (0,00603659 атм).

В этот момент возможно преобразовать вещество в любую из трех фаз с минимальными изменениями его температуры или давления. Даже если общее давление системы может быть выше требуемого для тройной точки, если парциальное давление пара составляет 611 656 Па, система достигнет тройной точки в равной степени..

На предыдущем рисунке можно наблюдать представление тройной точки (или тройная точка, на английском языке) вещества, диаграмма которого аналогична диаграмме воды, в зависимости от температуры и давления, необходимых для достижения этого значения.

В случае воды эта точка соответствует минимальному давлению, при котором может существовать жидкая вода. При давлениях, меньших этой тройной точки (например, в вакууме), и при использовании нагрева с постоянным давлением твердый лед будет превращаться непосредственно в водяной пар, не проходя через жидкость; этот процесс называется сублимацией.

За пределами этого минимального давления (Pф), лед сначала растает, образуя жидкую воду, и только потом он испарится или закипит, образовав пар.

Для многих веществ значение температуры в его тройной точке является минимальной температурой, при которой может существовать жидкая фаза, но это не происходит в случае воды. Для воды этого не происходит, поскольку температура плавления льда уменьшается в зависимости от давления, как показано зеленой пунктирной линией на предыдущем рисунке..

В фазах высокого давления вода имеет довольно сложную фазовую диаграмму, на которой показаны пятнадцать известных фаз льда (при разных температурах и давлениях), в дополнение к десяти различным тройным точкам, которые представлены на следующем рисунке:

Можно отметить, что в условиях высокого давления лед может существовать в равновесии с жидкостью; Диаграмма показывает, что температуры плавления увеличиваются с давлением. При постоянных низких температурах и повышающемся давлении пар может превращаться непосредственно в лед, не проходя через жидкую фазу.

Различные условия, которые возникают на планетах, где изучалась тройная точка (Земля на уровне моря и в экваториальной области Марса), также представлены на этой диаграмме..

Диаграмма ясно показывает, что тройная точка изменяется в зависимости от местоположения по причинам атмосферного давления и температуры, а не только от вмешательства экспериментатора..

Тройная точка циклогексана

Циклогексан представляет собой циклоалкан, который имеет молекулярную формулу C6h22. Это вещество имеет особенность наличия трехточечных условий, которые можно легко воспроизвести, как в случае с водой, поскольку эта точка находится при температуре 279,47 К и давлении 5 388 кПа..

В этих условиях наблюдается кипение, затвердевание и плавление соединения с минимальными изменениями температуры и давления..

Бензол тройная точка

В случае, аналогичном циклогексану, бензол (органическое соединение с химической формулой C6H6) легко воспроизвела условия тройной точки в лаборатории.

Его значения составляют 278,5 К и 4,83 кПа, поэтому также часто экспериментируют с этим компонентом на начальном уровне..

ссылки

  1. Wikipedia. (Н.Д.). Wikipedia. Получено с en.wikipedia.org
  2. Britannica, E. (1998). Энциклопедия Британика. Получено с сайта britannica.com
  3. Мощность, Н. (с.ф.). Ядерная энергетика Получено с nuclear-power.net
  4. Вагнер В., Саул А. и Пруб А. (1992). Международные уравнения для давления вдоль таяния и вдоль сублимационной кривой обычной воды. Бохум.
  5. Penoncello S.G., Jacobsen R.T. & Goodwin A.R. (1995). Формула термодинамических свойств для циклогексана.

Источник