Punct triplu

Punctul triplu într -un sistem cu o singură componentă  este punctul de convergență al curbelor de echilibru în două faze pe o diagramă de fază P–T plată , corespunzătoare unui echilibru stabil de trei faze [1] [2] . Punctul triplu este invariant , adică nu permite nicio modificare în niciunul dintre parametrii de stare care îl caracterizează - nici temperatură, nici presiune [3] [4] . Substanțele individuale pot avea mai multe faze cristaline stabile și, ca urmare, mai multe puncte triple [5] . Într-un sistem capabil să formeze N faze, numărul de puncte triple posibile este [6] . De exemplu, sunt cunoscute patru faze pentru sulf - două solide, lichide și gazoase - și patru puncte triple, dintre care unul este metastabil [7] [8] [9] [6] .

Dacă pentru o substanță individuală există un punct triplu corespunzător stării în care fazele de echilibru sunt în diferite stări agregate ( solid , lichid și gazos ), atunci este unic [10] [11] , și se numește triplu principal. punctul [12] [13] [14] sau punctul fundamental [15] . Punctul triplu principal nu există pentru heliu [16] .

Deoarece coordonatele punctului triplu sunt date de valorile lui P și T și nu depind de V, atunci de diagrama de fază tridimensională P–T–V și proiecția acesteia pe planul P–V, echilibrul stărilor celor trei faze corespund dreptei triple [17] [18] .

Trei linii monovariante ale echilibrului în două faze converg în punctul triplu principal: topire ( echilibru cristal  - lichid ), fierbere (echilibru lichid - vapori ) și sublimare (echilibru cristal-vapor) [3] . Heliul 3 He și 4 He nu au un punct triplu principal - în ambele cazuri, liniile de echilibru ale fazei solide cu lichid (He I și He II) și ale fazelor lichide cu gazoase nu se intersectează nicăieri: faza solidă este în echilibru numai cu lichidul [19] [20 ] [16] . Alte substanțe cu această caracteristică sunt necunoscute [20] .

Unicitatea și nonvarianța punctului triplu principal ne permite să-l folosim ca referință de temperatură. În special, scala de temperatură Kelvin folosește punctul triplu al apei ca referință.

Regula fazei Gibbs limitează numărul de faze coexistente — un sistem monocomponent aflat în echilibru nu poate avea mai mult de trei faze [1] [2] — dar nu impune restricții asupra stării lor de agregare. Prin urmare, în cazul enantiotropiei , pe lângă punctul triplu principal, pe diagrama de stări apar puncte triple suplimentare , corespunzătoare:

• echilibrul a două faze solide cu un lichid (de exemplu, modificări alotropice ale sulfului cristalin  - rombic și monoclinic  - și sulf lichid);
• echilibrul a două faze solide cu aburul;
• echilibrul a trei faze solide.

De asemenea, este posibilă apariția punctelor triple metastabile situate la intersecția liniilor de echilibre metastabile în două faze (sau continuări ale acestor linii). În cazul monotropiei apare doar un punct triplu metastabil [3] .

Sulful elementar cristalin este dimorfic , prin urmare, pe diagrama fazelor de sulf (vezi figura; scara logaritmică este folosită pentru presiune) există trei puncte triple stabile și unul metastabil, fiecare dintre ele îndeplinește condițiile echilibrului termodinamic al trei faze [21] :

• punctul A (opțional): echilibrul solid rombic S p , solid monoclinic S m și sulf gazos S p ;
• punctul B (opțional): echilibru solid rombic, solid monoclinic și sulf lichid S W ;
• punctul C (principal): echilibru de sulf monoclinic solid, topit și gazos;
• punctul O (metastabil): echilibru metastabil între solid supraîncălzit rombic, lichid suprarăcit și sulf gazos.

După cum arată diagrama de fază, sulful rombic nu poate fi simultan în echilibru cu topitura și vaporii de sulf [22] , prin urmare, în punctul triplu principal, faza solidă este reprezentată de sulf monoclinic. Punctul triplu metastabil apare datorită ratei scăzute de transformare a unei modificări cristaline a sulfului în alta [23] .

În punctele triple suplimentare ale heliului coexistă fie două faze lichide (He I și He II) și heliu cristalin, fie două faze lichide și heliu gazos [24] . Pentru apă în 1975, erau cunoscute șapte puncte triple suplimentare, dintre care trei erau pentru trei faze solide [25] . Pentru date moderne, consultați articolul Diagrama de fază a apei și diagrama prezentată în acest articol.

Odată cu creșterea numărului de componente ale sistemului (soluție sau aliaj), crește și numărul de parametri independenți care caracterizează acest sistem. Pentru a descrie un sistem cu două componente , la temperatură și presiune se adaugă un al treilea parametru care caracterizează compoziția sistemului. Punctul cvadruplu va fi nevariant în sistemul binar . De exemplu, într-un sistem de apă și sare, fazele pot fi simultan în echilibru: soluție, sare, gheață și abur (punctul A din Fig. Puncte cvadruple într-un sistem cu două componente ). Dacă sarea formează hidrați cristalini, atunci sunt posibile alte combinații de patru faze, de exemplu, soluție, sare anhidră, hidrat cristalin solid, gheață (sau abur în loc de gheață), etc. (punctul B din Fig. Puncte cvadruple în două -sistem componente ) [4] [26 ] . O diagramă tridimensională a stării unui sistem binar are deja multe puncte triple situate pe o curbă spațială triplă. Pe o diagramă plată, echilibrul a trei faze pentru un astfel de sistem poate fi afișat dacă unul dintre parametri este considerat constant. În cazul general, punctele triple există pe diagramele de stare plate ale sistemelor cu orice număr de componente, dacă toți parametrii care determină starea sistemului, cu excepția a doi, sunt fix [1] .

Într -un sistem cu trei componente , un punct triplu este un punct nevariant de echilibru în patru faze al unei topituri cu trei faze solide ( punct triplu eutectic, punct eutectic triplu) [3] [27] [28] .

Parametrii punctului triplu ai unor substanțe

Parametrii punctului triplu ai unor substanțe sunt dați în tabelul [29] [30] .

Vezi și

• Punct critic
• Definiția scalei de temperatură Kelvin
• Punct triplu de apă

Note

1. ↑ 1 2 3 Enciclopedia fizică. Punct triplu (link indisponibil) . Consultat la 19 aprilie 2015. Arhivat din original pe 21 aprilie 2017. (Rusă) 
2. ↑ 1 2 Marea Enciclopedie Sovietică. Punct triplu (link indisponibil) . Consultat la 19 aprilie 2015. Arhivat din original pe 6 iunie 2017. (Rusă) 
3. ↑ 1 2 3 4 Enciclopedia chimică, v. 5, 1998 , p. 12.
4. ↑ 1 2 Munster A., ​​​​Termodinamică chimică, 1971 , p. 151.
5. ↑ Khachkuruzov G. A., Fundamentals of General and Chemical Thermodynamics, 1979 , p. 132.
6. ↑ 1 2 Cartea de aur IUPAC, 2014 , p. 1567.
7. ↑ Meyer K., Cristalografie fizico-chimică, 1972 , p. 133-134.
8. ↑ Bulidorova G. V. et al., Physical Chemistry, 2012 , p. 228.
9. ↑ Ivanova T. E., Chemical thermodynamics and its application in the oil and gaz business, 2014 , p. 87.
10. ↑ Jdanov L. S., Jdanov G. L., Fizica, 1984 , p. 119.
11. ↑ Myakishev G. Ya., Sinyakov A. Z., Fizica. Fizica moleculară. Termodinamică, 2010 , p. 310.
12. ↑ Termodinamică. Noțiuni de bază. Terminologie. Scrisoare desemnări de cantități, 1984 , p. 22.
13. ↑ Novikov I.I., Termodinamică, 1984 , p. 215.
14. ↑ Romanyuk V.N. și alții, Lucrări de laborator (atelier) la disciplina „Temodinamică tehnică”, partea 2, 2003 , p. 21.
15. ↑ Leonova V.F., Termodinamică, 1968 , p. 144.
16. ↑ 1 2 Glagolev K.V., Morozov A.N., Termodinamică fizică, 2007 , p. 241.
17. ↑ Haywood R., Thermodynamics of equilibrium processes, 1983 , p. 99.
18. ↑ Termodinamică tehnică. Ed. E. I. Guygo, 1984 , p. 146.
19. ↑ A. Munster, Chemical Thermodynamics, 1971 , p. 222.
20. ↑ 1 2 Zhdanov L. S., Zhdanov G. L., Fizica, 1984 , p. 121.
21. ↑ Bulidorova G. V. et al., Physical Chemistry, 2012 , p. 228.
22. ↑ Anselm A.I., Fundamentele fizicii statistice și termodinamicii, 1973 , p. 227.
23. ↑ Meyer K., Cristalografie fizico-chimică, 1972 , p. 134.
24. ↑ Glagolev K.V., Morozov A.N., Termodinamică fizică, 2007 , p. 242.
25. ↑ Eisenberg D., Kauzman V., Structura și proprietățile apei, 1975 , p. 95-96.
26. ↑ Rakovsky A.V. , Curs de chimie fizică, 1939 , p. 276.
27. ↑ Eremin E. N., Fundamentele termodinamicii chimice, 1978 , p. 329.
28. ↑ Bobkova N. M., Chimia fizică a materialelor refractare, 2007 , p. 103.
29. ↑ Dritz M. E. et al., Properties of elements, 1985 .
30. ↑ Fedorov P.I. , Punct triplu, 1998 , p. 12.

Literatură

• Nic M., Jirat J., Kosata B., Jenkins A. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Gold Book)  (engleză) . — 2.3.3. - Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată, 2014. - 1622 p. — ISBN 0-9678550-9-8 .
• Anselm AI Fundamentele fizicii statistice și termodinamicii. - M. : Nauka, 1973. - 424 p.
• Bobkova NM Chimia fizică a materialelor refractare nemetalice și silicate. - Minsk: Școala Superioară, 2007. - 303 p. — ISBN 978-985-06-1389-9 .
• Bulidorova G. V., Galyametdinov Yu. G., Yaroshevskaya Kh. M., Barabanov V. P. Chimie fizică. - Kazan: Editura Kazan. nat. cercetare tehn. un-ta, 2012. - 396 p. - ISBN 978-5-7882-1367-5 .
• Glagolev KV, Morozov AN Termodinamică fizică. — Ed. a II-a, corectată. - M . : Editura MSTU im. N. E. Bauman, 2007. - 270 p. — (Fizică la Universitatea Tehnică). - ISBN 978-5-7038-3026-0 .
• Drits M. E., Budberg P. B., Burkhanov G. S., Drits A. M., Panovko V. M. Proprietățile elementelor. Director / Sub general. ed. prof. M. E. Dritsa. - M . : Metalurgie, 1985. - 672 p.
• Eremin EN Fundamentele termodinamicii chimice. - Ed. a II-a. - M . : Şcoala superioară, 1978. - 392 p.
• Zhdanov L. S., Zhdanov G. L. Fizica pentru instituțiile de învățământ secundar special. - Ed. a IV-a, Rev. — M .: Nauka, 1984. — 512 p.
• Ivanova T.E. Termodinamica chimică și aplicarea acesteia în afacerile de petrol și gaze. - Tyumen: Tsogu, 2014. - 146 p. - ISBN 978-5-9961-0925-8 .
• Meyer K. Cristalografie fizică și chimică. — Trans. cu el. O. P. Nikitina. - Ed. E. D. Schukina și B. D. Sum. - M . : Metalurgie, 1972. - 480 p.
• Leonova VF Termodinamică. - M . : Şcoala superioară, 1968. - 159 p.
• Myakishev G. Ya., Sinyakov A. Z. Fizica. Fizica moleculară. Termodinamica. Clasa 10. nivel de profil. - Ed. a XII-a, stereotip .. - M . : Gutarda, 2010. - 349 p. - ISBN 978-5-358-08873-3 .
• Munster A. Termodinamică chimică. — M .: Mir, 1971. — 296 p.
• Novikov I. I. Termodinamică. - M . : Mashinostroenie, 1984. - 592 p.
• Rakovsky A.V. Curs de chimie fizică. - M . : Goshimizdat , 1939. - 544 p.
• Romanyuk V. N., Tomkunas E. V., Bauk I. V., Tarasevich L. V. Lucrări de laborator (atelier) la disciplina „Termodinamică tehnică” pentru studenții specialităților energie termică. În 4 părți. Partea 2. Gaz real. - Minsk: BelNTU, 2003. - 104 p.
• Termodinamica. Noțiuni de bază. Terminologie. Litere de desemnare a cantităților / Resp. ed. I. I. Novikov. - Academia de Științe a URSS. Comitetul de terminologie științifică și tehnică. Culegere de definiții. Problema. 103. - M. : Nauka, 1984. - 40 p.
• Termodinamică tehnică / Ed. prof. E. I. Guygo. - Ed. a II-a. - L . : Editura Leningrad. un-ta, 1984. - 296 p.
• Fedorov P. I. Punct triplu  // Enciclopedie chimică . - Marea Enciclopedie Rusă , 1998. - V. 5: Triptofan - Iatrochimie . - S. 12 . (Rusă)
• Khachkuruzov GA Fundamentele termodinamicii generale și chimice. - M . : Şcoala superioară, 1979. - 268 p.
• Haywood R. Termodinamica proceselor de echilibru. Ghid pentru ingineri și oameni de știință. — M .: Mir, 1983. — 493 p.
• Enciclopedia chimică / Cap. ed. N. S. Zefirov . - M . : Marea Enciclopedie Rusă , 1998. - V. 5: Triptofan - Iatrochimie. — 783 p. — ISBN 5-85270-310-9 .
• Eisenberg D., Kautsman V. Structura și proprietățile apei. - L . : Gidrometeoizdat, 1975. - 280 p.

Link- uri externe

• Definiția Kelvin în BIPM  
• K. V. Glagolev, A. N. Morozov. Diagrame de stat