สามจุดเป็นคำในเขตของอุณหพลศาสตร์ที่หมายถึงอุณหภูมิและความดันที่สามขั้นตอนของสารที่มีอยู่พร้อมกันในสถานะของความสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ที่ จุดนี้มีอยู่สำหรับสารทั้งหมดแม้ว่าสภาวะที่พวกมันจะได้รับจะแตกต่างกันอย่างมากระหว่างสารแต่ละชนิด
จุดสามจุดสามารถเกี่ยวข้องกับเฟสชนิดเดียวกันได้มากกว่าหนึ่งเฟสสำหรับสารเฉพาะ นั่นคือมีการสังเกตสองเฟสของของแข็งของเหลวหรือก๊าซที่แตกต่างกัน ฮีเลียมโดยเฉพาะอย่างยิ่งไอโซโทปฮีเลียม -4 เป็นตัวอย่างที่ดีของจุดสามจุดที่เกี่ยวข้องกับเฟสของของไหลสองเฟส ได้แก่ ของไหลธรรมดาและฟลูอิด
ลักษณะสามจุด
จุดสามจุดของน้ำถูกใช้เพื่อกำหนดเคลวินซึ่งเป็นหน่วยฐานของอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ในระบบสากลของหน่วย (SI) ค่านี้กำหนดโดยนิยามแทนที่จะวัด
จุดสามจุดของแต่ละสารสามารถสังเกตได้ด้วยการใช้แผนภาพเฟสซึ่งเป็นกราฟที่วาดขึ้นเพื่อแสดงให้เห็นถึงเงื่อนไข จำกัด ของของแข็งของเหลวเฟสของก๊าซ (และอื่น ๆ ในกรณีพิเศษ) ของสารในขณะที่เป็น มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิความดันและ / หรือความสามารถในการละลาย
สารสามารถพบได้ที่จุดหลอมเหลวซึ่งของแข็งมาบรรจบกับของเหลว นอกจากนี้ยังสามารถพบได้ที่จุดเดือดที่ของเหลวพบกับก๊าซ อย่างไรก็ตามมันอยู่ที่จุดสามจุดที่จะบรรลุสามขั้นตอน แผนภาพเหล่านี้จะแตกต่างกันไปสำหรับแต่ละสารดังจะเห็นในภายหลัง
จุดสามจุดสามารถใช้อย่างมีประสิทธิภาพในการสอบเทียบเทอร์โมมิเตอร์โดยใช้เซลล์จุดสามจุด
เหล่านี้เป็นตัวอย่างของสารในสภาวะที่แยกได้ (ภายใน "เซลล์" ของแก้ว) ที่อยู่ที่จุดสามจุดภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันที่ทราบจึงช่วยในการศึกษาความแม่นยำของการวัดเทอร์โมมิเตอร์
การศึกษาแนวคิดนี้ยังถูกใช้ในการสำรวจดาวเคราะห์ดาวอังคารซึ่งมีความพยายามที่จะทราบระดับน้ำทะเลในระหว่างการปฏิบัติภารกิจในปี 1970
จุดสามจุดของน้ำ
เงื่อนไขที่แม่นยำของความดันและอุณหภูมิที่น้ำอยู่ร่วมกันในสามขั้นตอนในสภาวะสมดุล - น้ำของเหลวน้ำแข็งและไอน้ำ - เกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 273.16 K (0.01 ºC) และความดันบางส่วนของไอของ 611.656 ปาสกาล (0.00603659 atm)
ณ จุดนี้การเปลี่ยนสารเป็นสามเฟสเป็นไปได้โดยมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือความดันเพียงเล็กน้อย แม้ว่าความดันรวมของระบบจะสูงกว่าที่ต้องการสำหรับจุดสามเท่า แต่ถ้าความดันบางส่วนของไออยู่ที่ 611.656 Pa ระบบจะไปถึงจุดสามเท่าในลักษณะเดียวกัน
เป็นไปได้ที่จะสังเกตในรูปก่อนหน้านี้เกี่ยวกับการแสดงจุดสามจุด (หรือจุดสามจุดในภาษาอังกฤษ) ของสารที่มีแผนผังคล้ายกับน้ำตามอุณหภูมิและความดันที่ต้องการเพื่อให้ได้ค่านี้
ในกรณีของน้ำจุดนี้จะสอดคล้องกับความดันขั้นต่ำที่น้ำเหลวสามารถมีอยู่ได้ ที่ความกดดันต่ำกว่าจุดสามเท่านี้ (เช่นในสูญญากาศ) และเมื่อใช้ความร้อนแรงดันคงที่น้ำแข็งแข็งจะเปลี่ยนเป็นไอน้ำโดยตรงโดยไม่ผ่านของเหลว นี่คือกระบวนการที่เรียกว่าการระเหิด
นอกเหนือจากความดันขั้นต่ำนี้ (P tp ) น้ำแข็งจะละลายจนกลายเป็นน้ำเหลวก่อนและจะระเหยหรือเดือดจนกลายเป็นไอเท่านั้น
สำหรับสารหลายชนิดค่าอุณหภูมิที่จุดสามเท่าคืออุณหภูมิต่ำสุดที่เฟสของเหลวสามารถมีอยู่ได้ แต่จะไม่เกิดขึ้นในกรณีของน้ำ สำหรับน้ำสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นเนื่องจากจุดหลอมเหลวของน้ำแข็งลดลงตามหน้าที่ของความดันดังแสดงโดยเส้นประสีเขียวในรูปก่อนหน้า
ในขั้นตอนความดันสูงน้ำมีแผนภาพเฟสที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งแสดงขั้นตอนของน้ำแข็งที่รู้จักกันสิบห้าขั้น (ที่อุณหภูมิและความดันต่างกัน) นอกเหนือจากจุดสามจุดที่แตกต่างกันสิบจุดที่แสดงในรูปต่อไปนี้:
สามารถสังเกตได้ว่าภายใต้สภาวะความกดดันสูงน้ำแข็งสามารถอยู่ในสภาวะสมดุลกับของเหลวได้ แผนภาพแสดงให้เห็นว่าจุดหลอมเหลวเพิ่มขึ้นตามความดัน ที่อุณหภูมิต่ำคงที่และความดันที่เพิ่มขึ้นไอสามารถเปลี่ยนเป็นน้ำแข็งได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านเฟสของเหลว
เงื่อนไขต่างๆที่เกิดขึ้นบนดาวเคราะห์ที่มีการศึกษาจุดสามจุด (โลกที่ระดับน้ำทะเลและในเขตเส้นศูนย์สูตรของดาวอังคาร) จะแสดงในแผนภาพนี้ด้วย
แผนภาพทำให้ชัดเจนว่าจุดสามจุดแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับตำแหน่งด้วยเหตุผลของความดันบรรยากาศและอุณหภูมิไม่ใช่เพียงเพราะการแทรกแซงของผู้ทดลอง
ไซโคลเฮกเซนสามจุด
Cyclohexane เป็น cycloalkane ที่มีสูตรโมเลกุลของซี6 H 12 สารนี้มีลักษณะเฉพาะของการมีเงื่อนไขสามจุดที่สามารถทำซ้ำได้ง่ายเช่นเดียวกับในกรณีของน้ำเนื่องจากจุดนี้อยู่ที่อุณหภูมิ 279.47 K และความดัน 5.388 kPa
ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้พบว่าสารประกอบนั้นเดือดแข็งตัวและหลอมละลายโดยมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความดันเพียงเล็กน้อย
เบนซินสามจุด
ในกรณีที่คล้ายกับไซโคลเฮกเซนเบนซีน (สารประกอบอินทรีย์ที่มีสูตรเคมี C 6 H 6 ) มีเงื่อนไขสามจุดที่ทำซ้ำได้ง่ายในห้องปฏิบัติการ
ค่าของมันคือ 278.5 K และ 4.83 kPa ดังนั้นการทดลองกับส่วนประกอบนี้ในระดับเริ่มต้นก็เป็นเรื่องปกติเช่นกัน
อ้างอิง
- วิกิพีเดีย (เอสเอฟ) วิกิพีเดีย สืบค้นจาก en.wikipedia.org
- บริแทนนิกา, E. (1998). สารานุกรมบริแทนนิกา. สืบค้นจาก britannica.com
- กำลัง, N. (sf). พลังงานนิวเคลียร์. ดึงมาจาก nucle-power.net
- Wagner, W. , Saul, A. , & Prub, A. (1992). สมการระหว่างประเทศสำหรับความดันตามการหลอมละลายและตามแนวโค้งระเหิดของน้ำธรรมดา โบคุม.
- Penoncello, SG, Jacobsen, RT, & Goodwin, AR (1995) สูตรคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์สำหรับไซโคลเฮกเซน