خصائص النقطة الثلاثية للمياه ، السيكلوهكسان والبنزين

ال نقطة ثلاثية هو مصطلح في مجال الديناميكا الحرارية يشير إلى درجة الحرارة والضغط التي توجد في وقت واحد ثلاث مراحل من مادة في حالة توازن ديناميكي حراري. هذه النقطة موجودة لجميع المواد ، على الرغم من أن الظروف التي تتحقق فيها تختلف اختلافا كبيرا بين كل منها.

يمكن أن تشتمل النقطة الثلاثية أيضًا على أكثر من مرحلة من نفس النوع لمادة معينة ؛ أي أنه يتم ملاحظة مرحلتين مختلفتين من المواد الصلبة أو السائلة أو الغازية. يعد الهيليوم ، خاصة نظيره الهيليوم -4 ، مثالًا جيدًا على نقطة ثلاثية تشتمل على مرحلتين فرديتين من السائل: السائل العادي والسوائل الفائقة.

مؤشر

• 1 خصائص النقطة الثلاثية
• 2 نقطة ثلاثية من الماء
• 3 نقطة ثلاثية من الهكسان الحلقي
• 4 نقطة ثلاثية للبنزين
• 5 المراجع

خصائص النقطة الثلاثية

يتم استخدام النقطة الثلاثية من الماء لتحديد Kelvin ، الوحدة الأساسية لدرجة الحرارة الديناميكية الحرارية في النظام الدولي للوحدات (SI). هذه القيمة ثابتة بالتعريف بدلاً من القياس.

يمكن ملاحظة النقاط الثلاثية لكل مادة باستخدام مخططات الطور ، وهي عبارة عن رسوم بيانية مرسومة تسمح بإظهار الظروف المقيدة للمراحل الصلبة والسائلة والغازية (وغيرها في حالات خاصة) للمادة أثناء أنها تمارس تغييرات في درجة الحرارة والضغط و / أو الذوبان.

يمكن العثور على مادة عند نقطة الانصهار التي تلتقي فيها المادة الصلبة بالسائل ؛ يمكن العثور عليها أيضًا عند نقطة الغليان حيث يلتقي السائل بالغاز. ومع ذلك ، فإنه عند النقطة الثلاثية يتم تحقيق المراحل الثلاث. ستكون هذه المخططات مختلفة لكل مادة ، كما سنرى لاحقًا.

يمكن استخدام النقطة الثلاثية بفعالية في معايرة موازين الحرارة ، باستخدام خلايا النقطة الثلاثية.

هذه هي عينات من المواد في ظل ظروف معزولة (داخل "خلايا" زجاجية) والتي تكون عند نقطتها الثلاثية مع ظروف الحرارة والضغط المعروفة ، وبالتالي تسهل دراسة دقة قياسات الحرارة.

كما تم استخدام دراسة هذا المفهوم في استكشاف كوكب المريخ ، والذي حاول فيه معرفة مستوى سطح البحر خلال المهمات التي أجريت في عقد السبعينيات..

نقطة ثلاثية من الماء

تحدث الظروف الدقيقة للضغط ودرجة الحرارة التي يتعايش فيها الماء في مراحله الثلاثة بالتوازن - الماء السائل والجليد والبخار - عند درجة حرارة 273.16 كلفن بالضبط (0.01 درجة مئوية) وضغط بخار جزئي. 611656 باسكال (0.00603659 صراف آلي).

في هذه المرحلة ، يمكن تحويل المادة إلى أي من المراحل الثلاث مع الحد الأدنى من التغييرات في درجة الحرارة أو الضغط. على الرغم من أن إجمالي ضغط النظام يمكن أن يكون أعلى من المطلوب للنقطة الثلاثية ، إذا كان الضغط الجزئي للبخار عند 611،656 باسكال ، فإن النظام سيصل إلى النقطة الثلاثية بالتساوي.

من الممكن أن نلاحظ في الشكل السابق تمثيل النقطة الثلاثية (أو نقطة ثلاثية, باللغة الإنجليزية) لمادة يشبه مخططها مخطط الماء ، وفقًا لدرجة الحرارة والضغط اللازمين للوصول إلى هذه القيمة.

في حالة الماء ، تقابل هذه النقطة الحد الأدنى من الضغط الذي يمكن أن توجد فيه المياه السائلة. في ضغوط أقل من هذه النقطة الثلاثية (على سبيل المثال ، في فراغ) وعندما يتم استخدام تسخين ثابت بالضغط ، سيتحول الجليد الصلب مباشرة إلى بخار الماء دون المرور عبر السائل ؛ هذه هي عملية تسمى التسامي.

وراء هذا الحد الأدنى من الضغط (P_ن) ، سوف يذوب الجليد أولاً لتكوين ماء سائل ، وعندها فقط سوف يتبخر أو يغلي لتكوين بخار.

بالنسبة للعديد من المواد ، تكون قيمة درجة الحرارة عند النقطة الثلاثية هي أدنى درجة حرارة يمكن أن توجد بها المرحلة السائلة ، لكن هذا لا يحدث في حالة الماء. بالنسبة إلى الماء ، لا يحدث هذا ، نظرًا لأن درجة انصهار الجليد تنخفض اعتمادًا على الضغط ، كما هو موضح في الخط المنقط الأخضر بالشكل السابق.

في المراحل المرتفعة من الضغط ، يحتوي الماء على مخطط طور معقد للغاية ، حيث يتم عرض 15 مرحلة جليدية معروفة (في درجات حرارة وضغوط مختلفة) ، بالإضافة إلى عشر نقاط ثلاثية مختلفة يتم تصورها في الشكل التالي:

تجدر الإشارة إلى أنه في ظل ظروف الضغط العالي ، يمكن أن يوجد الجليد في حالة توازن مع السائل ؛ يوضح الرسم البياني أن نقاط الانصهار تزداد مع الضغط. في درجات حرارة منخفضة ثابتة وزيادة الضغط ، يمكن تحويل البخار مباشرة إلى جليد ، دون المرور عبر الطور السائل.

يتم تمثيل الظروف المختلفة التي تحدث في الكواكب حيث تمت دراسة النقطة الثلاثية (الأرض عند مستوى سطح البحر وفي المنطقة الاستوائية للمريخ) في هذا المخطط..

يوضح المخطط أن النقطة الثلاثية تختلف باختلاف الموقع لأسباب الضغط الجوي ودرجة الحرارة ، وليس فقط من خلال تدخل المجرب.

نقطة ثلاثية من الهكسان الحلقي

السيكلوهكسان هو سيكلو ألكان له الصيغة الجزيئية لـ C₆H₁₂. تتميز هذه المادة بخصوصية وجود شروط ثلاثية النقاط يمكن استنساخها بسهولة ، كما في حالة الماء ، حيث تقع هذه النقطة عند درجة حرارة 279.47 كلفن وضغط يبلغ 5،388 كيلو باسكال.

في ظل هذه الظروف ، لوحظ أن المركب يغلي ويصلب ويذوب مع الحد الأدنى من التغييرات في درجة الحرارة والضغط.

البنزين ثلاث نقاط

في حالة مشابهة لـ cyclohexane ، البنزين (مركب عضوي مع الصيغة الكيميائية C₆H₆) استنسخت بسهولة شروط ثلاثية النقاط في المختبر.

تبلغ قيمته 278.5 كيلوبايت و 4.83 كيلو باسكال ، لذلك من الشائع أيضًا تجربة هذا المكون على مستوى المبتدئين.

مراجع

1. ويكيبيديا. (بدون تاريخ). ويكيبيديا. تم الاسترجاع من en.wikipedia.org
2. Britannica، E. (1998). موسوعة بريتانيكا. تم الاسترجاع من britannica.com
3. القوة ، N. (s.f.). الطاقة النووية. تم الاسترجاع من موقع
4. Wagner، W.، Saul، A.، & Prub، A. (1992). المعادلات الدولية للضغط على طول الذوبان وعلى طول منحنى التسامي للمياه العادية. بوخوم.
5. Penoncello، S. G.، Jacobsen، R. T.، & Goodwin، A. R. (1995). صياغة خاصية الديناميكا الحرارية للسيكلوهكسان.