Trippelpunkt

Trippelpunkten i ett enkomponentsystem  är konvergenspunkten för tvåfasjämviktskurvor på ett platt P–T -fasdiagram , motsvarande en stabil jämvikt av tre faser [1] [2] . Trippelpunkten är invariant , det vill säga den tillåter inte någon förändring i någon av tillståndsparametrarna som kännetecknar den - varken temperatur eller tryck [3] [4] . Enskilda ämnen kan ha flera stabila kristallina faser och som ett resultat flera trippelpunkter [5] . I ett system som kan bilda N faser är antalet möjliga trippelpunkter [6] . Till exempel är fyra faser kända för svavel - två fast, flytande och gasformig - och fyra trippelpunkter, varav en är metastabil [7] [8] [9] [6] .

Om det för ett enskilt ämne finns en trippelpunkt som motsvarar det tillstånd i vilket jämviktsfaserna är i olika aggregattillstånd ( fast , flytande och gasformig ), så är den unik [10] [11] , och den kallas huvudtrippeln. punkt [12] [13] [14] eller grundläggande punkt [15] . Den huvudsakliga trippelpunkten finns inte för helium [16] .

Eftersom koordinaterna för trippelpunkten ges av värdena för P och T och inte beror på V, då på det tredimensionella P–T–V fasdiagrammet och dess projektion på P–V-planet, är jämvikten tillstånden för de tre faserna motsvarar trippellinjen [17] [18] .

Tre monovarianta linjer av tvåfasjämvikter konvergerar vid huvudtrippelpunkten: smältning ( kristall  - vätskejämvikt ), kokning (vätske-ångjämvikt ) och sublimering (kristall-ångjämvikt) [3] . Helium 3 He och 4 He har inte en huvudtrippelpunkt - i båda fallen skär jämviktslinjerna för den fasta fasen med vätska (He I och He II) och vätskefaserna med gasformiga faser ingenstans: den fasta fasen är i jämvikt endast med vätskan [19] [20 ] [16] . Andra ämnen med denna egenskap är okända [20] .

Det unika och ickevariansen hos huvudtrippelpunkten gör att vi kan använda den som en temperaturreferens. I synnerhet använder Kelvins temperaturskalan trippelpunkten för vatten som referens.

Gibbs fasregel begränsar antalet samexisterande faser – ett enkomponentsystem i jämvikt kan inte ha mer än tre faser [1] [2] – men lägger inte på restriktioner för deras aggregeringstillstånd. Därför, i fallet med enantiotropi , utöver huvudtrippelpunkten, visas ytterligare trippelpunkter på tillståndsdiagrammet , motsvarande:

• jämvikten mellan två fasta faser med en vätska (till exempel allotropa modifieringar av kristallint svavel  - rombiskt och monokliniskt  - och flytande svavel);
• jämvikt mellan två fasta faser med ånga;
• jämvikt mellan tre fasta faser.

Uppkomsten av metastabila trippelpunkter belägna vid skärningspunkten mellan linjer med metastabil tvåfasjämvikt (eller fortsättningar av dessa linjer) är också möjligt. I fallet med monotropi visas endast en metastabil trippelpunkt [3] .

Kristallint elementärt svavel är dimorft , därför finns det på svavelfasdiagrammet (se figur; logaritmisk skala används för tryck) tre stabila trippelpunkter och en metastabil, som var och en uppfyller villkoren för termodynamisk jämvikt i tre faser [21] :

• punkt A (valfritt): jämvikt mellan fast rombisk Sp , fast monoklinisk S m och gasformigt svavel Sp ;
• punkt B (valfritt): balans av fast rombiskt, fast monokliniskt och flytande svavel S W ;
• punkt C (huvud): balans av fast monoklint, smält och gasformigt svavel;
• punkt O (metastabil): metastabil jämvikt mellan överhettad fast rombisk, underkyld flytande och gasformigt svavel.

Som fasdiagrammet visar kan rombiskt svavel inte samtidigt vara i jämvikt med smältan och svavelångan [22] , därför representeras den fasta fasen vid huvudtrippelpunkten av monoklint svavel. Den metastabila trippelpunkten uppträder på grund av den låga omvandlingshastigheten av en kristallin modifiering av svavel till en annan [23] .

I ytterligare trippelpunkter av helium samexisterar antingen två flytande faser (He I och He II) och kristallint helium, eller två flytande faser och gasformigt helium [24] . För vatten 1975 var ytterligare sju trippelpunkter kända, varav tre var för tre fasta faser [25] . För moderna data, se artikeln Fasdiagrammet för vatten och diagrammet som ges i den här artikeln.

Med en ökning av antalet systemkomponenter (lösning eller legering) ökar också antalet oberoende parametrar som kännetecknar detta system. För att beskriva ett tvåkomponentsystem läggs en tredje parameter som kännetecknar systemets sammansättning till temperaturen och trycket. Den fyrdubbla punkten kommer att vara ickevariant i det binära systemet . Till exempel, i ett system av vatten och salt, kan faser samtidigt vara i jämvikt: lösning, salt, is och ånga (punkt A i fig. Fyrdubbla punkter i ett tvåkomponentsystem ). Om saltet bildar kristallina hydrater är andra kombinationer av fyra faser möjliga, till exempel lösning, vattenfritt salt, fast kristallint hydrat, is (eller ånga istället för is) etc. (punkt B i Fig. Fyrdubbla punkter i en tvåa -komponentsystem ) [4] [26 ] . Ett tredimensionellt diagram över tillståndet för ett binärt system har redan många trippelpunkter placerade på en trippel rumslig kurva. På ett platt diagram kan jämvikten för tre faser för ett sådant system visas om en av parametrarna anses konstant. I det allmänna fallet finns trippelpunkter på platttillståndsdiagram för system med valfritt antal komponenter, om alla parametrar som bestämmer systemets tillstånd, förutom två, är fixerade [1] .

I ett trekomponentsystem är en trippelpunkt en ickevariant punkt av fyrfasjämvikt i en smälta med tre fasta faser ( trippel eutektisk punkt , trippel eutektisk punkt) [3] [27] [28] .

Trippelpunktsparametrar för vissa ämnen

Trippelpunktsparametrarna för vissa ämnen anges i tabellen [29] [30] .

Se även

• Kritisk punkt
• Definition av Kelvin temperaturskalan
• Trippelpunkt vatten

Anteckningar

1. ↑ 1 2 3 Physical Encyclopedia. Trippelpunkt (inte tillgänglig länk) . Hämtad 19 april 2015. Arkiverad från originalet 21 april 2017. (ryska) 
2. ↑ 1 2 Stora sovjetiska encyklopedien. Trippelpunkt (inte tillgänglig länk) . Hämtad 19 april 2015. Arkiverad från originalet 6 juni 2017. (ryska) 
3. ↑ 1 2 3 4 Chemical encyclopedia, v. 5, 1998 , sid. 12.
4. ↑ 1 2 Munster A., ​​Chemical thermodynamics, 1971 , sid. 151.
5. ↑ Khachkuruzov G. A., Fundamentals of General and Chemical Thermodynamics, 1979 , sid. 132.
6. ↑ 1 2 IUPAC Gold Book, 2014 , sid. 1567.
7. ↑ Meyer K., Physicochemical Crystallography, 1972 , sid. 133-134.
8. ↑ Bulidorova G. V. et al., Physical Chemistry, 2012 , sid. 228.
9. ↑ Ivanova T. E., Kemisk termodynamik och dess tillämpning i olje- och gasbranschen, 2014 , sid. 87.
10. ↑ Zhdanov L. S., Zhdanov G. L., Physics, 1984 , sid. 119.
11. ↑ Myakishev G. Ya., Sinyakov A. Z., Physics. Molekylär fysik. Thermodynamics, 2010 , sid. 310.
12. ↑ Termodynamik. Grundläggande koncept. Terminologi. Bokstavsbeteckningar på kvantiteter, 1984 , sid. 22.
13. ↑ Novikov I.I., Thermodynamics, 1984 , sid. 215.
14. ↑ Romanyuk V.N. och andra, Laboratoriearbete (workshop) i disciplinen "Teknisk termodynamik", del 2, 2003 , sid. 21.
15. ↑ Leonova V.F., Thermodynamics, 1968 , sid. 144.
16. ↑ 1 2 Glagolev K.V., Morozov A.N., Physical thermodynamics, 2007 , sid. 241.
17. ↑ Haywood R., Thermodynamics of equilibrium processes, 1983 , sid. 99.
18. ↑ Teknisk termodynamik. Ed. E.I. Guygo, 1984 , sid. 146.
19. ↑ A. Munster, Chemical Thermodynamics, 1971 , sid. 222.
20. ↑ 1 2 Zhdanov L. S., Zhdanov G. L., Physics, 1984 , sid. 121.
21. ↑ Bulidorova G. V. et al., Physical Chemistry, 2012 , sid. 228.
22. ↑ Anselm A.I., Fundamentals of statistical physics and thermodynamics, 1973 , sid. 227.
23. ↑ Meyer K., Physicochemical Crystallography, 1972 , sid. 134.
24. ↑ Glagolev K.V., Morozov A.N., Physical thermodynamics, 2007 , sid. 242.
25. ↑ Eisenberg D., Kauzman V., Structure and properties of water, 1975 , sid. 95-96.
26. ↑ Rakovsky A.V. , Kurs i fysikalisk kemi, 1939 , sid. 276.
27. ↑ Eremin E. N., Fundamentals of chemical thermodynamics, 1978 , sid. 329.
28. ↑ Bobkova N. M., Fysikalisk kemi av eldfasta material, 2007 , sid. 103.
29. ↑ Dritz M. E. et al., Properties of elements, 1985 .
30. ↑ Fedorov P.I. , Triple point, 1998 , sid. 12.

Litteratur

• Nic M., Jirat J., Kosata B., Jenkins A. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Gold Book)  (engelska) . — 2.3.3. - International Union of Pure and Applied Chemistry, 2014. - 1622 sid. — ISBN 0-9678550-9-8 .
• Anselm AI Grunderna i statistisk fysik och termodynamik. - M. : Nauka, 1973. - 424 sid.
• Bobkova NM Fysikalisk kemi av eldfasta icke-metalliska och silikatmaterial. - Minsk: Högre skola, 2007. - 303 sid. — ISBN 978-985-06-1389-9 .
• Bulidorova G. V., Galyametdinov Yu. G., Yaroshevskaya Kh. M., Barabanov V. P. Fysikalisk kemi. - Kazan: Kazan Publishing House. nat. forskning technol. un-ta, 2012. - 396 sid. - ISBN 978-5-7882-1367-5 .
• Glagolev KV, Morozov AN Fysisk termodynamik. — 2:a uppl., rättad. - M . : Förlag av MSTU im. N. E. Bauman, 2007. - 270 sid. — (Fysik vid tekniska högskolan). - ISBN 978-5-7038-3026-0 .
• Drits M. E., Budberg P. B., Burkhanov G. S., Drits A. M., Panovko V. M. Elements egenskaper. Katalog / Under det allmänna. ed. prof. M. E. Dritsa. - M . : Metallurgi, 1985. - 672 sid.
• Eremin EN Grunderna i kemisk termodynamik. - 2:a uppl. - M . : Högre skola, 1978. - 392 sid.
• Zhdanov L. S., Zhdanov G. L. Fysik för sekundära specialpedagogiska institutioner. - 4:e upplagan, Rev. — M .: Nauka, 1984. — 512 sid.
• Ivanova T.E. Chemical thermodynamics och dess tillämpning inom olje- och gasbranschen. - Tyumen: Tsogu, 2014. - 146 sid. - ISBN 978-5-9961-0925-8 .
• Meyer K. Fysikalisk och kemisk kristallografi. — Trans. med honom. O.P. Nikitina. - Ed. E.D. Schukina och B.D. Sum. - M . : Metallurgi, 1972. - 480 sid.
• Leonova VF Termodynamik. - M . : Högre skola, 1968. - 159 sid.
• Myakishev G. Ya., Sinyakov A. Z. Fysik. Molekylär fysik. Termodynamik. Årskurs 10. profilnivå. - 12:e upplagan, stereotyp .. - M . : Bustard, 2010. - 349 sid. - ISBN 978-5-358-08873-3 .
• Munster A. Kemisk termodynamik. — M .: Mir, 1971. — 296 sid.
• Novikov I. I. Termodynamik. - M . : Mashinostroenie, 1984. - 592 sid.
• Rakovsky A.V. Kurs i fysikalisk kemi. - M . : Goshimizdat , 1939. - 544 sid.
• Romanyuk V. N., Tomkunas E. V., Bauk I. V., Tarasevich L. V. Laboratoriearbete (workshop) i disciplinen "Teknisk termodynamik" för studenter i värmekraftsspecialiteter. I 4 delar. Del 2. Riktig gas. - Minsk: BelNTU, 2003. - 104 sid.
• Termodynamik. Grundläggande koncept. Terminologi. Bokstavsbeteckningar på kvantiteter / Resp. ed. I. I. Novikov. - Sovjetunionens vetenskapsakademi. Kommittén för vetenskaplig och teknisk terminologi. Samling av definitioner. Problem. 103. - M. : Nauka, 1984. - 40 sid.
• Teknisk termodynamik / Ed. prof. E. I. Guygo. - 2:a uppl. - L . : Förlaget Leningrad. un-ta, 1984. - 296 sid.
• Fedorov P. I. Trippelpunkt  // Kemisk uppslagsverk . - Great Russian Encyclopedia , 1998. - V. 5: Tryptofan - Iatrochemistry . - S. 12 . (ryska)
• Khachkuruzov GA Grunderna i allmän och kemisk termodynamik. - M . : Högre skola, 1979. - 268 sid.
• Haywood R. Termodynamik för jämviktsprocesser. Guide för ingenjörer och forskare. — M .: Mir, 1983. — 493 sid.
• Chemical Encyclopedia / Kap. ed. N.S. Zefirov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1998. - V. 5: Tryptofan - Iatrokemi. — 783 sid. — ISBN 5-85270-310-9 .
• Eisenberg D., Kautsman V. Vattens struktur och egenskaper. - L . : Gidrometeoizdat, 1975. - 280 sid.

Externa länkar

• Definition av Kelvin i BIPM  
• K.V. Glagolev, A.N. Morozov. Tillståndsdiagram