Triple-Point-Eigenschaften von Wasser, Cyclohexan und Benzol



Die Tripelpunkt ist ein Begriff auf dem Gebiet der Thermodynamik, der sich auf die Temperatur und den Druck bezieht, in dem sich gleichzeitig drei Phasen einer Substanz in einem thermodynamischen Gleichgewicht befinden. Dieser Punkt gibt es für alle Stoffe, auch wenn die Bedingungen, unter denen erreicht werden, variieren stark zwischen den.

Ein Tripelpunkt kann auch mehr als eine Phase desselben Typs für eine bestimmte Substanz umfassen; das heißt, dass zwei verschiedene Phasen von Feststoff, Fluid oder Gas beobachtet werden. Helium, insbesondere sein Helium-4-Isotop, ist ein gutes Beispiel für einen Tripelpunkt, an dem zwei einzelne flüssige Phasen beteiligt sind: normale und superflüssige Flüssigkeit.

Index

  • 1 Eigenschaften des Tripelpunktes
  • 2 Tripelpunkt Wasser
  • 3 Tripelpunkt von Cyclohexan
  • 4 Tripelpunkt von Benzol
  • 5 Referenzen

Eigenschaften des Tripelpunktes

Der Tripelpunkt von Wasser wird verwendet, um den Kelvin zu definieren, die Basiseinheit der thermodynamischen Temperatur im internationalen Einheitensystem (SI). Dieser Wert ist per Definition festgelegt anstatt gemessen.

Die Tripelpunkte jeder Substanz können mit Hilfe von Phasendiagrammen beobachtet werden, die Graphen darstellen, die es erlauben, die Grenzbedingungen der festen, flüssigen, gasförmigen Phasen (und anderer, in besonderen Fällen) einer Substanz währenddessen nachzuweisen sie üben Änderungen in Temperatur, Druck und / oder Löslichkeit aus.

Eine Substanz kann an ihrem Schmelzpunkt gefunden werden, in dem der Feststoff die Flüssigkeit trifft; Es kann auch an seinem Siedepunkt gefunden werden, wo die Flüssigkeit auf das Gas trifft. Es ist jedoch der Tripelpunkt, an dem die drei Phasen erreicht werden. Diese Diagramme werden für jede Substanz unterschiedlich sein, wie später zu sehen sein wird.

Der Tripelpunkt kann effektiv bei der Kalibrierung von Thermometern verwendet werden, wobei Tripelpunktzellen verwendet werden.

Dies sind Proben von Substanzen unter isolierten Bedingungen (innerhalb von Glas- "Zellen"), die sich bei bekannten Temperatur- und Druckbedingungen in ihrem Tripelpunkt befinden und somit die Untersuchung der Genauigkeit von Thermometermessungen erleichtern.

Die Untersuchung dieses Konzepts wurde auch bei der Erforschung des Planeten Mars verwendet, bei dem versucht wurde, das Niveau des Meeres während der Missionen zu ermitteln, die im Jahrzehnt der 1970er Jahre durchgeführt wurden.

Dreifacher Wasserpunkt

Die genauen Bedingungen von Druck und Temperatur, bei denen Wasser in seinen drei Phasen im Gleichgewicht koexistiert - flüssiges Wasser, Eis und Dampf - treten bei einer Temperatur von genau 273,16 K (0,01 ° C) und einem Partialdruck von Dampf auf. 611,656 Pascal (0,00603659 atm).

An diesem Punkt ist es möglich, die Substanz in irgendeine der drei Phasen mit minimalen Änderungen ihrer Temperatur oder ihres Drucks umzuwandeln. Obwohl der Gesamtdruck des Systems über dem für den Tripelpunkt erforderlichen Wert liegen könnte, erreicht das System bei einem Dampfpartialdruck von 611,656 Pa den Tripelpunkt gleichmäßig.

Es ist möglich, in der vorherigen Abbildung die Darstellung des Tripelpunktes (oder Tripelpunkt(in englischer Sprache) eines Stoffes, dessen Diagramm ähnlich dem von Wasser ist, entsprechend der Temperatur und dem Druck, die erforderlich sind, um diesen Wert zu erreichen.

Im Falle von Wasser entspricht dieser Punkt dem Mindestdruck, bei dem flüssiges Wasser existieren kann. Bei Drücken unter diesem Tripelpunkt (zum Beispiel im Vakuum) und wenn eine konstante Druckheizung verwendet wird, wandelt sich das feste Eis direkt in Wasserdampf um, ohne Flüssigkeit zu passieren; Dies ist ein Prozess namens Sublimation.

Über diesen Mindestdruck hinaus (Ptp) wird das Eis zuerst zu flüssigem Wasser schmelzen und erst dann wird es verdampfen oder kochen, um Dampf zu bilden.

Für viele Substanzen ist der Temperaturwert an seinem Tripelpunkt die minimale Temperatur, bei der die flüssige Phase existieren kann, aber dies tritt bei Wasser nicht auf. Bei Wasser ist dies nicht der Fall, da der Schmelzpunkt des Eises als Funktion des Drucks abnimmt, wie die grüne gestrichelte Linie der vorherigen Abbildung zeigt.

In Hochdruckphasen hat das Wasser ein ziemlich komplexes Phasendiagramm, in dem fünfzehn bekannte Eisphasen (bei verschiedenen Temperaturen und Drücken) gezeigt werden, zusätzlich zu zehn verschiedenen Tripelpunkten, die in der folgenden Abbildung dargestellt sind:

Es kann festgestellt werden, dass unter Bedingungen von hohem Druck Eis im Gleichgewicht mit der Flüssigkeit existieren kann; Das Diagramm zeigt, dass die Schmelzpunkte mit Druck ansteigen. Bei konstanten niedrigen Temperaturen und steigendem Druck kann der Dampf direkt in Eis umgewandelt werden, ohne die flüssige Phase zu durchlaufen.

Die unterschiedlichen Bedingungen, die in den Planeten auftreten, auf denen der Tripelpunkt untersucht wurde (Erde auf Meereshöhe und im äquatorialen Bereich des Mars), sind ebenfalls in diesem Diagramm dargestellt.

Das Diagramm macht deutlich, dass der Tripelpunkt aus Gründen des atmosphärischen Drucks und der Temperatur ortsabhängig variiert und nicht nur durch das Eingreifen des Experimentators.

Tripelpunkt von Cyclohexan

Cyclohexan ist ein Cycloalkan, das die Summenformel von C hat6H12. Diese Substanz hat die Besonderheit Tripelpunkt Bedingungen aufweisen, die leicht wiedergegeben werden können, wie im Fall von Wasser, da dieser Punkt bei einer Temperatur von 279.47 K und einem Druck von 5.388 kPa ist.

Unter diesen Bedingungen wurde beobachtet, daß die Verbindung bei minimalen Änderungen der Temperatur und des Drucks siedet, erstarrt und schmilzt.

Benzol-Tripelpunkt

In einem Fall ähnlich wie Cyclohexan, Benzol (organische Verbindung mit der chemischen Formel C6H6) hat Tripelpunktbedingungen in einem Labor leicht reproduziert.

Ihre Werte sind 278,5 K und 4,83 kPa, so ist es auch üblich, das Experimentieren mit dieser Komponente Anfänger.

Referenzen

  1. Wikipedia. (s.). Wikipedia. Von en.wikipedia.org abgerufen
  2. Britannica, E. (1998). Enzyklopädie Britannica. Von britannica.com abgerufen
  3. Power, N. (s.f.). Kernkraft. Von nuclear-power.net abgerufen
  4. Wagner, W., Saul, A. & Prub, A. (1992). Internationale Gleichungen für den Druck entlang der Schmelzkurve und entlang der Sublimation von gewöhnlichem Wasser. Bochum
  5. Penoncello, S. G., Jacobsen, T. R., & Goodwin, A. R. (1995). Eine thermodynamische Eigenschaftsformulierung für Cyclohexan.