Triple Point: ลักษณะของน้ำไซโคลเฮกเซนและเบนซีน

จุดสามจุด เป็นคำศัพท์หนึ่งในด้านอุณหพลศาสตร์ซึ่งหมายถึงอุณหภูมิและความดันซึ่งมีสามเฟสของสารในสถานะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ จุดนี้มีอยู่สำหรับสารทั้งหมดถึงแม้ว่าเงื่อนไขที่ได้รับนั้นแตกต่างกันอย่างมากระหว่างแต่ละสาร

จุดสามจุดยังสามารถเกี่ยวข้องกับชนิดเดียวกันมากกว่าหนึ่งชนิดสำหรับสารเฉพาะ นั่นคือจะมีการสังเกตสองขั้นตอนของของแข็งของเหลวหรือก๊าซ โดยเฉพาะอย่างยิ่งฮีเลียมของไอโซโทปฮีเลียม -4 เป็นตัวอย่างที่ดีของจุดสามจุดที่เกี่ยวข้องกับขั้นตอนของของเหลวสองอย่าง: ของเหลวปกติและซุปเปอร์ฟลูอิด

ลักษณะของจุดสามจุด

จุดสามจุดของน้ำถูกใช้เพื่อกำหนดเคลวินซึ่งเป็นหน่วยพื้นฐานของอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ในระบบสากลของหน่วย (SI) ค่านี้ได้รับการแก้ไขโดยนิยามแทนที่จะวัด

จุดสามจุดของแต่ละสารสามารถสังเกตได้ด้วยการใช้เฟสไดอะแกรมซึ่งเป็นกราฟพล็อตที่อนุญาตให้แสดงให้เห็นถึงเงื่อนไขการ จำกัด ของของแข็งของเหลวเฟสก๊าซ (และอื่น ๆ ในกรณีพิเศษ) ของสารในขณะที่ พวกเขาออกแรงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิความดันและ / หรือความสามารถในการละลาย

สารสามารถพบได้ที่จุดหลอมเหลวของมันซึ่งของแข็งตรงกับของเหลว นอกจากนี้ยังสามารถพบได้ที่จุดเดือดที่ของเหลวเข้าหาก๊าซ อย่างไรก็ตามมันเป็นจุดที่สามที่ทั้งสามขั้นตอนจะประสบความสำเร็จ ไดอะแกรมเหล่านี้จะแตกต่างกันไปตามแต่ละสสาร

สามารถใช้จุดสามจุดได้อย่างมีประสิทธิภาพในการสอบเทียบเครื่องวัดอุณหภูมิโดยใช้เซลล์สามจุด

นี่คือตัวอย่างของสารภายใต้สภาวะที่แยกได้ (ภายใน "เซลล์" แก้ว) ซึ่งอยู่ที่จุดสามจุดที่มีอุณหภูมิและแรงดันที่ทราบและช่วยอำนวยความสะดวกในการศึกษาความแม่นยำของการวัดอุณหภูมิ

การศึกษาแนวคิดนี้ยังใช้ในการสำรวจดาวเคราะห์ดาวอังคารซึ่งพยายามจะรู้ระดับของทะเลในระหว่างการปฏิบัติภารกิจที่ดำเนินการในทศวรรษทศวรรษ 1970

จุดน้ำสามจุด

เงื่อนไขที่แม่นยำของความดันและอุณหภูมิที่น้ำอยู่ร่วมกันในสามขั้นตอนในสมดุล - น้ำของเหลวน้ำแข็งและไอ - เกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 273.16 K (0.01 ° C) และความดันไอบางส่วนของ 611, 656 pascals (0.00603659 atm)

ณ จุดนี้มันเป็นไปได้ที่จะแปลงสารให้เป็นหนึ่งในสามขั้นตอนโดยมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือความดันน้อยที่สุด แม้ว่าความดันรวมของระบบจะอยู่เหนือจุดที่ต้องการสำหรับจุดสามจุด แต่ถ้าแรงดันไอน้ำบางส่วนอยู่ที่ 611, 656 Pa ระบบจะถึงจุดสามเท่า ๆ กัน

เป็นไปได้ที่จะสังเกตในรูปก่อนหน้านี้การแทนค่าของจุดสามจุด (หรือ จุดสามจุด ในภาษาอังกฤษ) ของสารที่มีแผนภาพคล้ายกับน้ำตามอุณหภูมิและแรงดันที่จำเป็นในการเข้าถึงค่านี้

ในกรณีของน้ำจุดนี้สอดคล้องกับความดันต่ำสุดที่น้ำของเหลวสามารถมีอยู่ ที่ความกดดันน้อยกว่าจุดสามจุดนี้ (ตัวอย่างเช่นในสุญญากาศ) และเมื่อมีการใช้ความร้อนแรงดันคงที่น้ำแข็งแข็งจะเปลี่ยนเป็นไอน้ำโดยตรงโดยไม่ผ่านของเหลว นี่เป็นกระบวนการที่เรียกว่าการระเหิด

นอกเหนือจากความดันต่ำสุดนี้ (P _tp ) น้ำแข็งจะละลายเป็นน้ำของเหลวก่อนและจากนั้นจะระเหยหรือต้มเพื่อกลายเป็นไอ

สำหรับสารหลายตัวค่าอุณหภูมิที่จุดสามจุดคืออุณหภูมิต่ำสุดที่เฟสของเหลวสามารถดำรงอยู่ได้ แต่สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นในกรณีของน้ำ สำหรับน้ำสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นเนื่องจากจุดหลอมเหลวของน้ำแข็งลดลงขึ้นอยู่กับความดันดังที่แสดงโดยเส้นประสีเขียวของรูปก่อนหน้า

ในเฟสแรงดันสูงน้ำมีแผนภาพเฟสที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งมีเฟสน้ำแข็งสิบห้าที่รู้จักกันแสดง (ที่อุณหภูมิและแรงกดดันที่แตกต่างกัน) นอกเหนือไปจากจุดสามจุดที่แตกต่างกันสิบจุด

จะสังเกตได้ว่าภายใต้สภาวะความดันสูงน้ำแข็งสามารถดำรงอยู่ในสภาวะสมดุลกับของเหลว แผนภาพแสดงให้เห็นว่าจุดหลอมเหลวเพิ่มขึ้นตามความดัน ที่อุณหภูมิต่ำคงที่และเพิ่มความดันไอน้ำสามารถเปลี่ยนเป็นน้ำแข็งได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านขั้นตอนของเหลว

เงื่อนไขต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในดาวเคราะห์ที่มีการศึกษาจุดสามจุด (โลกที่ระดับน้ำทะเลและในบริเวณเส้นศูนย์สูตรของดาวอังคาร) ก็แสดงอยู่ในแผนภาพนี้เช่นกัน

แผนภาพชัดเจนว่าจุดสามจุดแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับตำแหน่งด้วยเหตุผลของความดันบรรยากาศและอุณหภูมิและไม่เพียง แต่จากการแทรกแซงของผู้ทดลอง

ไซโคลเฮกเซนจุดที่สาม

Cyclohexane เป็น cycloalkane ที่มีสูตรโมเลกุลของ C ₆ H ₁₂ สารนี้มีลักษณะเฉพาะของการมีเงื่อนไขสามจุดที่สามารถทำซ้ำได้ง่ายเช่นในกรณีของน้ำเนื่องจากจุดนี้ตั้งอยู่ที่อุณหภูมิ 279.47 K และความดัน 5, 388 kPa

ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้สารประกอบถูกพบว่าต้มทำให้แข็งตัวและละลายด้วยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและแรงดันน้อยที่สุด