הנקודה המשולשת הוא מונח בתחום התרמודינאמיקה המתייחס טמפרטורה ולחץ שבו שלושה שלבים של חומר קיימים בו זמנית במצב של שיווי משקל תרמודינמי. נקודה זו קיימת עבור כל החומרים, אם כי התנאים בהם הם מושגים משתנים מאוד בין כל אחד מהם.
נקודה משולשת יכולה לכלול גם יותר משלב אחד מאותו סוג עבור חומר ספציפי; כלומר נצפים שני שלבים שונים של מוצק, נוזל או גז. הליום, ובמיוחד האיזוטופ שלו הליום -4, הוא דוגמא טובה לנקודה משולשת הכוללת שני שלבי נוזלים נפרדים: נוזל רגיל ונוזל מיותר.
מאפייני נקודה משולשת
נקודת המשולש של המים משמשת להגדרת הקלווין, יחידת הבסיס של הטמפרטורה התרמודינאמית במערכת היחידות הבינלאומית (SI). ערך זה מוגדר בהגדרה ולא נמדד.
ניתן לצפות בנקודות המשולשות של כל חומר בעזרת דיאגרמות שלב, שהן גרפים שציירו המאפשרים להדגים את התנאים המגבילים של השלבים המוצקים, הנוזלים, הגזים (ואחרים, במקרים מיוחדים) של חומר בזמן שהוא הם מפעילים שינויים בטמפרטורה, לחץ ו / או מסיסות.
ניתן למצוא חומר בנקודת ההתכה שלו בו המוצק פוגש את הנוזל; ניתן למצוא אותו גם בנקודת הרתיחה שבה נוזל פוגש גז. עם זאת, בנקודה המשולשת מושגת שלושת השלבים. דיאגרמות אלה יהיו שונות לכל חומר, כפי שנראה בהמשך.
ניתן להשתמש ביעילות בנקודה משולשת בכיול מדחום, תוך שימוש בתאי נקודה משולשת.
מדובר בדגימות של חומרים בתנאים מבודדים (בתוך "תאים" מזכוכית) שנמצאים בנקודת המשולש שלהם בתנאי טמפרטורה ולחץ ידועים, ובכך מאפשרים לימוד הדיוק של מדידות מדחום.
המחקר של מושג זה שימש גם לחקירת כוכב הלכת מאדים, בו נעשה ניסיון להכיר את מפלס הים במהלך משימות שבוצעו בשנות השבעים.
נקודה משולשת של מים
תנאי הלחץ והטמפרטורה המדויקים שבהם מים חיים בכפיפה אחת בשלושת השלבים שלהם בשיווי משקל - מים נוזליים, קרח ואדים - מתרחשים בטמפרטורה של 273.16 K בדיוק (0.01 ºC) ולחץ חלקי של אדים של 611.656 פסלים (0.00603659 כספומט).
בשלב זה המרת החומר לאחד משלושת השלבים אפשרית עם שינויים מינימליים בטמפרטורה או בלחץ שלו. למרות שהלחץ הכולל של המערכת יכול להיות גבוה מהנדרש לנקודה המשולשת, אם הלחץ החלקי של אדי הוא 611.656 פא, המערכת תגיע לנקודה המשולשת באותה צורה.
אפשר לראות באיור הקודם את ייצוג נקודת המשולש (או נקודת המשולש, באנגלית) של חומר שהתרשים שלו דומה לזה של מים, לפי הטמפרטורה והלחץ הנדרשים כדי להגיע לערך זה.
במקרה של מים, נקודה זו תואמת את הלחץ המינימלי בו יכולים להתקיים מים נוזליים. בלחצים פחות מנקודה משולשת זו (למשל בוואקום) וכאשר משתמשים בחימום בלחץ מתמיד, קרח מוצק יומר ישירות לאדי מים מבלי לעבור דרך נוזל; זהו תהליך שנקרא סובלימציה.
מעבר ללחץ מינימלי זה (P tp ), הקרח יימס לראשונה ליצירת מים נוזליים, ורק שם הוא יתאדה או ירתח ליצירת אדים.
עבור חומרים רבים ערך הטמפרטורה בנקודה המשולשת הוא הטמפרטורה המינימלית בה יכול להתקיים שלב הנוזל, אך זה לא קורה במקרה של מים. עבור מים זה לא קורה, מכיוון שנקודת ההיתוך של הקרח פוחתת כפונקציה של לחץ, כפי שמוצג על ידי הקו המנוקד הירוק באיור הקודם.
בשלבי לחץ גבוה, למים יש דיאגרמת פאזות מורכבת למדי, בה מוצגים חמישה עשר שלבי קרח ידועים (בטמפרטורות ולחצים שונים), בנוסף לעשר נקודות משולשות שונות שמוצגות בדמות הבאה:
ניתן לציין כי בתנאי לחץ גבוה קרח יכול להתקיים בשיווי משקל עם נוזל; התרשים מראה שנקודות ההיתוך גדלות עם לחץ. בטמפרטורות נמוכות קבועות ובלחץ הולך וגובר, האדי יכול להפוך ישירות לקרח, מבלי לעבור לשלב הנוזל.
בתצוגה זו מוצגים התנאים השונים המתרחשים על כוכבי לכת בהם נחקרה נקודת המשולש (כדור הארץ בגובה הים ובאזור המשווה של מאדים).
התרשים מבהיר שנקודת המשולש משתנה בהתאם למיקום מסיבות לחץ וטמפרטורה אטמוספרי ולא רק בגלל התערבות הנסיין.
נקודה משולשת של ציקלוהקסאן
Cyclohexane הוא cycloalkane שיש לו את הנוסחה המולקולרית של C 6 H 12 . לחומר זה המוזרות שיש תנאי נקודה משולשת הניתנים לשכפול בקלות, כמו במקרה של מים, מכיוון שנקודה זו ממוקמת בטמפרטורה של 279.47 K ולחץ של 5.388 kPa.
בתנאים אלה נצפתה המתחם רותח, מתמצק ונמס תוך מינימום שינויים בטמפרטורה ולחץ.
נקודת משולשת בנזן
במקרה הדומה לסיקלוהקסאן, בנזן (תרכובת אורגנית עם הנוסחה הכימית C 6 H 6 ) יש תנאי נקודה משולשת הניתנים לשחזור בקלות במעבדה.
ערכיו הם 278.5 K ו -4.83 kPa, ולכן גם ניסויים ברכיב זה ברמת המתחילים נפוצים.
הפניות
- ויקיפדיה. (sf). ויקיפדיה. נשלח מ- en.wikipedia.org
- Britannica, E. (1998). אנציקלופדיה בריטניקה. נשלח מ- britannica.com
- כוח, נ '(sf). כוח גרעיני. נשלח מ- atom-power.net
- וגנר, וו., שאול, א. ופרוב, א '(1992). משוואות בינלאומיות ללחץ לאורך ההתכה ולאורך עקומת הסובלימציה של מים רגילים. בוכום.
- Penoncello, SG, Jacobsen, RT, & Goodwin, AR (1995). ניסוח תכונות תרמודינמיות לסיקלוהקסן.