Tredobbelt punkt

Det tredobbelte punkt i et en-komponent system  er konvergenspunktet for tofasede ligevægtskurver på et fladt P–T fasediagram , svarende til en stabil ligevægt af tre faser [1] [2] . Tredobbeltpunktet er invariant , dvs. det tillader ikke nogen ændring i nogen af ​​de tilstandsparametre, der karakteriserer det - hverken temperatur eller tryk [3] [4] . Enkelte stoffer kan have flere stabile krystallinske faser og som følge heraf flere triple points [5] . I et system, der er i stand til at danne N faser, er antallet af mulige tredobbelte punkter [6] . For eksempel er fire faser kendt for svovl - to faste, flydende og gasformige - og fire tredobbelte punkter, hvoraf den ene er metastabil [7] [8] [9] [6] .

Hvis der for et enkelt stof er et tredobbelt punkt svarende til den tilstand, hvori ligevægtsfaserne er i forskellige aggregerede tilstande ( fast , flydende og gasformig ), så er det unikt [10] [11] , og det kaldes hovedtriplen punkt [12] [13] [14] eller grundlæggende punkt [15] . Det vigtigste triple point eksisterer ikke for helium [16] .

Da koordinaterne for det tredobbelte punkt er givet af værdierne af P og T og ikke afhænger af V, så er ligevægten på det tredimensionelle P–T–V fasediagram og dets projektion på P–V-planet. tilstande af de tre faser svarer til den tredobbelte linje [17] [18] .

Tre monovariante linjer af tofaseligevægte konvergerer ved det vigtigste tredobbelte punkt: smeltning ( krystal  - væske ligevægt ), kogning (væske - damp ligevægt ) og sublimation (krystal-damp ligevægt) [3] . Helium 3 He og 4 He har ikke et tredobbelt hovedpunkt - i begge tilfælde skærer ligevægtslinjerne for den faste fase med væske (He I og He II) og flydende faser med gasformig sig ingen steder: den faste fase er i kun ligevægt med væsken [19] [20 ] [16] . Andre stoffer med denne egenskab er ukendte [20] .

Det unikke og uvariante af det vigtigste tredobbelte punkt giver os mulighed for at bruge det som en temperaturreference. Især Kelvin-temperaturskalaen bruger vandets tredobbelte punkt som reference.

Gibbs fasereglen begrænser antallet af sameksisterende faser - et en-komponent system i ligevægt kan ikke have mere end tre faser [1] [2] - men pålægger ikke begrænsninger på deres aggregeringstilstand. Derfor, i tilfælde af enantiotropi , ud over det vigtigste triple point, vises yderligere triple point på tilstandsdiagrammet , svarende til:

• ligevægten mellem to faste faser med en væske (for eksempel allotropiske modifikationer af krystallinsk svovl  - rombisk og monoklinisk  - og flydende svovl);
• ligevægt mellem to faste faser med damp;
• ligevægt mellem tre faste faser.

Fremkomsten af ​​metastabile tredobbelte punkter placeret ved skæringspunktet mellem linjer med metastabile tofaseligevægte (eller fortsættelser af disse linjer) er også muligt. I tilfælde af monotropi vises kun et metastabilt tredobbelt punkt [3] .

Krystallinsk elementært svovl er dimorft , derfor er der på svovlfasediagrammet (se figur; logaritmisk skala bruges til tryk) tre stabile tredobbelte punkter og et metastabilt, som hver opfylder betingelserne for termodynamisk ligevægt i tre faser [21] :

• punkt A (valgfrit): ligevægt mellem fast rhombic Sp , fast monoklinisk S m og gasformigt svovl Sp ;
• punkt B (valgfrit): balance mellem fast rhombisk, fast monoklinisk og flydende svovl S W ;
• punkt C (hoved): balance af fast monoklinisk, smeltet og gasformigt svovl;
• punkt O (metastabil): metastabil ligevægt mellem overophedet fast rombisk, underafkølet flydende og gasformigt svovl.

Som fasediagrammet viser, kan rombisk svovl ikke samtidig være i ligevægt med smelten og svovldampen [22] , derfor er den faste fase ved hovedtrippelpunktet repræsenteret af monoklint svovl. Det metastabile tredobbelte punkt opstår på grund af den lave omdannelseshastighed af en krystallinsk svovlmodifikation til en anden [23] .

I yderligere tredobbelte punkter af helium eksisterer enten to flydende faser (He I og He II) og krystallinsk helium side om side, eller to flydende faser og gasformigt helium [24] . For vand i 1975 kendte man yderligere syv tredobbelte punkter, hvoraf tre var for tre faste faser [25] . For moderne data, se artiklen Fasediagrammet over vand og diagrammet givet i denne artikel.

Med en stigning i antallet af systemkomponenter (opløsning eller legering) øges antallet af uafhængige parametre, der karakteriserer dette system, også. For at beskrive et to-komponent system tilføjes en tredje parameter, der karakteriserer sammensætningen af ​​systemet, til temperaturen og trykket. Det firdobbelte punkt vil være nonvariant i det binære system . For eksempel i et system af vand og salt kan faser være i ligevægt samtidigt: opløsning, salt, is og damp (punkt A i fig. Firedobbelt punkter i et to-komponent system ). Hvis saltet danner krystallinske hydrater, så er andre kombinationer af fire faser mulige, for eksempel opløsning, vandfrit salt, fast krystallinsk hydrat, is (eller damp i stedet for is) osv. (punkt B i fig. Firedobbelt punkter i en to -komponentsystem ) [4] [26] . Et tredimensionelt diagram over tilstanden af ​​et binært system har allerede mange tredobbelte punkter placeret på en tredobbelt rumlig kurve. På et fladt diagram kan ligevægten af ​​tre faser for et sådant system vises, hvis en af ​​parametrene anses for konstant. I det generelle tilfælde eksisterer der tredobbelte punkter på flade diagrammer af systemer med et hvilket som helst antal komponenter, hvis alle parametre, der bestemmer systemets tilstand, bortset fra to, er faste [1] .

I et tre-komponent system er et tredobbelt punkt et ikke-variant punkt af firefaseligevægt af en smelte med tre faste faser ( tredobbelt eutektisk punkt , tredobbelt eutektisk punkt) [3] [27] [28] .

Triple point parametre for nogle stoffer

Triple point-parametrene for nogle stoffer er angivet i tabellen [29] [30] .

Se også

• Kritisk punkt
• Definition af Kelvin temperaturskalaen
• Tredobbelt vandpunkt

Noter

1. ↑ 1 2 3 Physical Encyclopedia. Tredobbelt prik (utilgængeligt link) . Hentet 19. april 2015. Arkiveret fra originalen 21. april 2017. (Russisk) 
2. ↑ 1 2 Store sovjetiske encyklopædi. Tredobbelt prik (utilgængeligt link) . Hentet 19. april 2015. Arkiveret fra originalen 6. juni 2017. (Russisk) 
3. ↑ 1 2 3 4 Chemical encyclopedia, v. 5, 1998 , s. 12.
4. ↑ 1 2 Munster A., ​​Chemical thermodynamics, 1971 , s. 151.
5. ↑ Khachkuruzov G. A., Fundamentals of General and Chemical Thermodynamics, 1979 , s. 132.
6. ↑ 1 2 IUPAC Gold Book, 2014 , s. 1567.
7. ↑ Meyer K., Physicochemical Crystallography, 1972 , s. 133-134.
8. ↑ Bulidorova G. V. et al., Physical Chemistry, 2012 , s. 228.
9. ↑ Ivanova T. E., Kemisk termodynamik og dens anvendelse i olie- og gasbranchen, 2014 , s. 87.
10. ↑ Zhdanov L. S., Zhdanov G. L., Physics, 1984 , s. 119.
11. ↑ Myakishev G. Ya., Sinyakov A. Z., Physics. Molekylær fysik. Termodynamik, 2010 , s. 310.
12. ↑ Termodynamik. Basale koncepter. Terminologi. Bogstavbetegnelser for mængder, 1984 , s. 22.
13. ↑ Novikov I.I., Thermodynamics, 1984 , s. 215.
14. ↑ Romanyuk V.N. og andre, Laboratoriearbejde (workshop) i disciplinen "Teknisk termodynamik", del 2, 2003 , s. 21.
15. ↑ Leonova V.F., Thermodynamics, 1968 , s. 144.
16. ↑ 1 2 Glagolev K.V., Morozov A.N., Physical thermodynamics, 2007 , s. 241.
17. ↑ Haywood R., Thermodynamics of equilibrium processes, 1983 , s. 99.
18. ↑ Teknisk termodynamik. Ed. E. I. Guygo, 1984 , s. 146.
19. ↑ A. Munster, Chemical Thermodynamics, 1971 , s. 222.
20. ↑ 1 2 Zhdanov L. S., Zhdanov G. L., Physics, 1984 , s. 121.
21. ↑ Bulidorova G. V. et al., Physical Chemistry, 2012 , s. 228.
22. ↑ Anselm A.I., Fundamentals of statistical physics and thermodynamics, 1973 , s. 227.
23. ↑ Meyer K., Physicochemical Crystallography, 1972 , s. 134.
24. ↑ Glagolev K.V., Morozov A.N., Physical thermodynamics, 2007 , s. 242.
25. ↑ Eisenberg D., Kauzman V., Structure and properties of water, 1975 , s. 95-96.
26. ↑ Rakovsky A.V. , Course of Physical Chemistry, 1939 , s. 276.
27. ↑ Eremin E. N., Fundamentals of chemical thermodynamics, 1978 , s. 329.
28. ↑ Bobkova N. M., Fysisk kemi af ildfaste materialer, 2007 , s. 103.
29. ↑ Dritz M. E. et al., Properties of elements, 1985 .
30. ↑ Fedorov P.I. , Triple point, 1998 , s. 12.

Litteratur

• Nic M., Jirat J., Kosata B., Jenkins A. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Gold Book)  (engelsk) . — 2.3.3. - International Union of Pure and Applied Chemistry, 2014. - 1622 s. — ISBN 0-9678550-9-8 .
• Anselm AI Grundlæggende om statistisk fysik og termodynamik. - M. : Nauka, 1973. - 424 s.
• Bobkova NM Fysisk kemi af ildfaste ikke-metalliske og silikatmaterialer. - Minsk: Higher School, 2007. - 303 s. — ISBN 978-985-06-1389-9 .
• Bulidorova G. V., Galyametdinov Yu. G., Yaroshevskaya Kh. M., Barabanov V. P. Fysisk kemi. - Kazan: Kazan Publishing House. nat. forskning technol. un-ta, 2012. - 396 s. - ISBN 978-5-7882-1367-5 .
• Glagolev KV, Morozov AN Fysisk termodynamik. — 2. udg., rettet. - M . : Forlag af MSTU im. N. E. Bauman, 2007. - 270 s. — (Fysik ved det tekniske universitet). - ISBN 978-5-7038-3026-0 .
• Drits M. E., Budberg P. B., Burkhanov G. S., Drits A. M., Panovko V. M. Egenskaber af elementer. Directory / Under den generelle. udg. prof. M. E. Dritsa. - M . : Metallurgi, 1985. - 672 s.
• Eremin EN Grundlæggende om kemisk termodynamik. - 2. udg. - M . : Højere skole, 1978. - 392 s.
• Zhdanov L. S., Zhdanov G. L. Fysik til sekundære specialpædagogiske institutioner. - 4. udg., Rev. — M .: Nauka, 1984. — 512 s.
• Ivanova T.E. Kemisk termodynamik og dens anvendelse i olie- og gasforretninger. - Tyumen: Tsogu, 2014. - 146 s. - ISBN 978-5-9961-0925-8 .
• Meyer K. Fysisk og kemisk krystallografi. — Trans. med ham. O.P. Nikitina. - Ed. E.D. Schukina og B.D. Sum. - M . : Metallurgi, 1972. - 480 s.
• Leonova VF Termodynamik. - M . : Højere skole, 1968. - 159 s.
• Myakishev G. Ya., Sinyakov A. Z. Fysik. Molekylær fysik. Termodynamik. 10. klasse. profilniveau. - 12. udgave, stereotype .. - M . : Bustard, 2010. - 349 s. - ISBN 978-5-358-08873-3 .
• Munster A. Kemisk termodynamik. — M .: Mir, 1971. — 296 s.
• Novikov I. I. Termodynamik. - M . : Mashinostroenie, 1984. - 592 s.
• Rakovsky A.V. Kursus i fysisk kemi. - M . : Goshimizdat , 1939. - 544 s.
• Romanyuk V. N., Tomkunas E. V., Bauk I. V., Tarasevich L. V. Laboratoriearbejde (workshop) i disciplinen "Teknisk termodynamik" for studerende af varmekraftspecialiteter. I 4 dele. Del 2. Ægte gas. - Minsk: BelNTU, 2003. - 104 s.
• Termodynamik. Basale koncepter. Terminologi. Bogstavbetegnelser på mængder / hhv. udg. I. I. Novikov. - Videnskabsakademiet i USSR. Udvalget for Videnskabelig og Teknisk Terminologi. Samling af definitioner. Problem. 103. - M. : Nauka, 1984. - 40 s.
• Teknisk termodynamik / Udg. prof. E. I. Guygo. - 2. udg. - L . : Forlag Leningrad. un-ta, 1984. - 296 s.
• Fedorov P. I. Triple point  // Kemisk encyklopædi . - Great Russian Encyclopedia , 1998. - V. 5: Tryptofan - Iatrochemistry . - S. 12 . (Russisk)
• Khachkuruzov GA Grundlæggende om generel og kemisk termodynamik. - M . : Højere skole, 1979. - 268 s.
• Haywood R. Termodynamik af ligevægtsprocesser. Guide til ingeniører og videnskabsmænd. — M .: Mir, 1983. — 493 s.
• Chemical Encyclopedia / Kap. udg. N.S. Zefirov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1998. - V. 5: Tryptofan - Iatrochemistry. — 783 s. — ISBN 5-85270-310-9 .
• Eisenberg D., Kautsman V. Vands struktur og egenskaber. - L . : Gidrometeoizdat, 1975. - 280 s.

Eksterne links

• Definition af Kelvin i BIPM  
• K. V. Glagolev, A. N. Morozov. Statsdiagrammer