The trojitý bod je termín v oblasti termodynamiky, který se týká teploty a tlaku, ve kterých existují tři fáze látky současně ve stavu termodynamické rovnováhy. Tento bod existuje pro všechny látky, i když podmínky, za kterých je jich dosaženo, se u každé z nich enormně liší..
Trojitý bod může také zahrnovat více než jednu fázi stejného typu pro konkrétní látku; to znamená, že jsou pozorovány dvě různé pevné, tekuté nebo plynné fáze. Helium, zejména jeho izotop helium-4, je dobrým příkladem trojného bodu zahrnujícího dvě jednotlivé fáze tekutiny: normální tekutinu a superfluidní..
Trojný bod vody se používá k definování kelvinu, základní jednotky termodynamické teploty v mezinárodním systému jednotek (SI). Tato hodnota je stanovena spíše definicí než měřena..
Trojité body každé látky lze pozorovat pomocí fázových diagramů, které jsou vyneseny do grafů, které umožňují demonstrovat omezující podmínky pevné, kapalné, plynné fáze (a ve zvláštních případech jiných) látky při jejím působení změny teploty, tlaku a / nebo rozpustnosti.
Látku lze nalézt v bodu tání, ve kterém se pevná látka setkává s kapalinou; lze ji také najít v bodu varu, kde se kapalina setkává s plynem. Tří fází je však dosaženo ve trojném bodě. Tyto diagramy se budou u každé látky lišit, jak bude vidět později.
Trojitý bod lze efektivně použít při kalibraci teploměru s využitím buněk s trojitým bodem.
Jedná se o vzorky látek v izolovaných podmínkách (uvnitř skleněných „buněk“), které jsou ve svém trojném bodě se známými teplotními a tlakovými podmínkami, a usnadňují tak studium přesnosti měření teploměru..
Studie tohoto konceptu byla také použita při průzkumu planety Mars, kde byl učiněn pokus o poznání hladiny moře během misí prováděných v 70. letech..
Přesné podmínky tlaku a teploty, při kterých voda koexistuje ve svých třech fázích v rovnováze - kapalná voda, led a pára - se vyskytují při teplotě přesně 273,16 K (0,01 ° C) a parciálním tlaku páry 611 656 pascalů (0,00603659 atm).
V tomto okamžiku je přeměna látky na kteroukoli ze tří fází možná s minimálními změnami její teploty nebo tlaku. I když by celkový tlak systému mohl být vyšší než tlak požadovaný pro trojný bod, pokud je parciální tlak páry 611 656 Pa, systém dosáhne trojného bodu stejným způsobem..
Na předchozím obrázku je možné pozorovat znázornění trojitého bodu (nebo trojitý bod, v angličtině) látky, jejíž diagram je podobný diagramu vody, podle teploty a tlaku potřebného k dosažení této hodnoty.
V případě vody odpovídá tento bod minimálnímu tlaku, při kterém může existovat kapalná voda. Při tlacích nižších než tento trojitý bod (například ve vakuu) a při použití ohřevu konstantním tlakem se pevný led převede přímo na vodní páru, aniž by prošel kapalinou; toto je proces zvaný sublimace.
Nad tento minimální tlak (Ptp), led se nejprve roztaví a vytvoří kapalnou vodu a teprve poté se odpaří nebo vaří a vytvoří páru.
U mnoha látek je hodnota teploty v trojném bodě minimální teplotou, při které může existovat kapalná fáze, ale v případě vody k tomu nedochází. U vody k tomu nedochází, protože teplota tání ledu klesá v závislosti na tlaku, jak ukazuje zelená tečkovaná čára na předchozím obrázku..
Ve vysokotlakých fázích má voda poměrně složitý fázový diagram, ve kterém je zobrazeno patnáct známých fází ledu (při různých teplotách a tlacích), kromě deseti různých trojitých bodů, které jsou znázorněny na následujícím obrázku:
Je možné poznamenat, že za podmínek vysokého tlaku může led existovat v rovnováze s kapalinou; diagram ukazuje, že teploty tání se zvyšují s tlakem. Při konstantních nízkých teplotách a zvyšujícím se tlaku se pára může přeměňovat přímo na led, aniž by procházela kapalnou fází..
Různé podmínky, které se vyskytují na planetách, kde byl studován trojitý bod (Země na hladině moře a v rovníkové zóně Marsu), jsou také znázorněny v tomto diagramu..
Diagram jasně ukazuje, že trojitý bod se liší v závislosti na umístění z důvodů atmosférického tlaku a teploty, nejen kvůli zásahu experimentátora..
Cyklohexan je cykloalkan, který má molekulární vzorec C6H12. Tato látka má tu zvláštnost, že má podmínky trojitého bodu, které lze snadno reprodukovat, jako v případě vody, protože tento bod se nachází při teplotě 279,47 K a tlaku 5,388 kPa.
Za těchto podmínek byla sloučenina pozorována vroucí, tuhnoucí a tající s minimálními změnami teploty a tlaku..
V případě podobném cyklohexanu, benzenu (organická sloučenina s chemickým vzorcem C6H6) má podmínky trojitého bodu snadno reprodukovatelné v laboratoři.
Jeho hodnoty jsou 278,5 K a 4,83 kPa, takže experimenty s touto složkou na úrovni začátečníků jsou také běžné..
Zatím žádné komentáře