Trojitý bod

Trojný bod v jednosložkové soustavě  je bodem konvergence dvoufázových rovnovážných křivek na plochém P–T fázovém diagramu , což odpovídá stabilní rovnováze tří fází [1] [2] . Trojný bod je invariantní , to znamená, že neumožňuje změnu žádného ze stavových parametrů, které jej charakterizují - ani teploty , ani tlaku [3] [4] . Jednotlivé látky mohou mít několik stabilních krystalických fází a v důsledku toho několik trojitých bodů [5] . V systému schopném tvořit N fází je počet možných trojných bodů [6] . Například pro síru jsou známy čtyři fáze – dvě pevné, kapalné a plynné – a čtyři trojité body, z nichž jeden je metastabilní [7] [8] [9] [6] .

Pokud pro jednotlivou látku existuje trojný bod odpovídající stavu, ve kterém jsou rovnovážné fáze v různých agregovaných skupenstvích ( pevné , kapalné a plynné ), pak je jedinečný [10] [11] , a nazývá se hlavní trojí bod [12] [13] [14] nebo základní bod [15] . Hlavní trojný bod pro helium neexistuje [16] .

Protože souřadnice trojného bodu jsou dány hodnotami P a T a nezávisí na V, pak na trojrozměrném fázovém diagramu P–T–V a jeho průmětu do roviny P–V je rovnováha stavy tří fází odpovídají trojici [17] [18] .

V hlavním trojném bodě se sbíhají tři monovariantní čáry dvoufázových rovnováh: tání ( rovnováha krystal  - kapalina ), var (rovnováha kapalina - pára ) a sublimace (rovnováha krystal-pára) [3] . Helium 3 He a 4 He nemají hlavní trojný bod - v obou případech se čáry rovnováhy pevné fáze s kapalnou (He I a He II) a kapalné fáze s plynnou nikde neprotínají: pevná fáze je v rovnováha pouze s kapalinou [19] [20 ] [16] . Další látky s touto vlastností nejsou známy [20] .

Jedinečnost a neproměnlivost hlavního trojného bodu nám umožňuje použít jej jako teplotní referenci. Konkrétně Kelvinova teplotní stupnice používá jako referenci trojný bod vody .

Gibbsovo fázové pravidlo omezuje počet koexistujících fází — jednosložkový systém v rovnováze nemůže mít více než tři fáze [1] [2] — ale neukládá omezení jejich stavu agregace. V případě enantiotropie se tedy na stavovém diagramu kromě hlavního trojného bodu objevují další trojné body odpovídající:

• rovnováha dvou pevných fází s kapalinou (například alotropní modifikace krystalické síry  - kosočtverečné a jednoklonné  - a kapalné síry);
• rovnováha dvou pevných fází s párou;
• rovnováha tří pevných fází.

Je také možný výskyt metastabilních trojitých bodů umístěných v průsečíku čar metastabilních dvoufázových rovnováh (nebo pokračování těchto čar). V případě monotropie se objevuje pouze metastabilní trojný bod [3] .

Krystalická elementární síra je dimorfní , proto na fázovém diagramu síry (viz obrázek; pro tlak je použita logaritmická stupnice) jsou tři stabilní trojné body a jeden metastabilní, z nichž každý splňuje podmínky termodynamické rovnováhy tří fází [21] :

• bod A (nepovinný): rovnováha pevné kosočtverečné Sp , pevné monoklinické S m a plynné síry Sp ;
• bod B (volitelné): bilance pevné kosočtverečné, pevné monoklinické a kapalné síry S W ;
• bod C (hlavní): bilance pevné monoklinické, roztavené a plynné síry;
• bod O (metastabilní): metastabilní rovnováha mezi přehřátou pevnou kosočtvercovou, podchlazenou kapalinou a plynnou sírou.

Jak ukazuje fázový diagram, kosočtverečná síra nemůže být současně v rovnováze s taveninou a sirnými parami [22] , proto je v hlavním trojném bodě pevná fáze reprezentována jednoklonnou sírou. Metastabilní trojný bod se objevuje díky nízké rychlosti přeměny jedné krystalické modifikace síry na jinou [23] .

V dalších trojných bodech helia koexistují buď dvě kapalné fáze (He I a He II) a krystalické helium, nebo dvě kapalné fáze a plynné helium [24] . Pro vodu v roce 1975 bylo známo sedm dalších trojitých bodů, z nichž tři byly pro tři pevné fáze [25] . Pro moderní data viz článek Fázový diagram vody a diagram uvedený v tomto článku.

S nárůstem počtu komponent systému (roztok nebo slitina) se zvyšuje i počet nezávislých parametrů charakterizujících tento systém. K popisu dvousložkového systému se k teplotě a tlaku přidává třetí parametr charakterizující složení systému. Čtyřnásobný bod bude v binární soustavě nevariantní . Například v systému vody a soli mohou být fáze současně v rovnováze: roztok, sůl, led a pára (bod A na obr. Čtyři body ve dvousložkovém systému ). Pokud sůl tvoří krystalické hydráty, pak jsou možné další kombinace čtyř fází, např. roztok, bezvodá sůl, pevný krystalický hydrát, led (nebo pára místo ledu) atd. (bod B na obr. Čtyři body ve dvou -komponentní systém ) [4] [26 ] . Trojrozměrný diagram stavu binárního systému má již mnoho trojitých bodů umístěných na trojité prostorové křivce. Na plochém diagramu lze zobrazit rovnováhu tří fází pro takový systém, pokud je jeden z parametrů považován za konstantní. V obecném případě existují trojité body na plochých stavových diagramech systémů s libovolným počtem komponent, pokud jsou všechny parametry, které určují stav systému, kromě dvou, pevné [1] .

V třísložkovém systému je trojný bod nevariantní bod čtyřfázové rovnováhy taveniny se třemi pevnými fázemi ( trojitý eutektický bod , trojitý eutektický bod) [3] [27] [28] .

Trojbodové parametry některých látek

Trojbodové parametry některých látek jsou uvedeny v tabulce [29] [30] .

Viz také

• Kritický bod
• Definice Kelvinovy ​​teplotní stupnice
• Trojitý bod vody

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 Fyzická encyklopedie. Trojitá tečka (nedostupný odkaz) . Získáno 19. dubna 2015. Archivováno z originálu 21. dubna 2017. (Ruština) 
2. ↑ 1 2 Velká sovětská encyklopedie. Trojitá tečka (nedostupný odkaz) . Získáno 19. dubna 2015. Archivováno z originálu 6. června 2017. (Ruština) 
3. ↑ 1 2 3 4 Chemická encyklopedie, v. 5, 1998 , str. 12.
4. ↑ 1 2 Munster A., ​​​​Chemická termodynamika, 1971 , str. 151.
5. ↑ Khachkuruzov G. A., Základy obecné a chemické termodynamiky, 1979 , s. 132.
6. ↑ 1 2 Zlatá kniha IUPAC, 2014 , str. 1567.
7. ↑ Meyer K., Fyzikálně chemická krystalografie, 1972 , str. 133-134.
8. ↑ Bulidorova G. V. et al., Fyzikální chemie, 2012 , str. 228.
9. ↑ Ivanova T. E., Chemická termodynamika a její aplikace v obchodu s ropou a plynem, 2014 , s. 87.
10. ↑ Zhdanov L. S., Zhdanov G. L., Fyzika, 1984 , s. 119.
11. ↑ Myakishev G. Ya., Sinyakov A. Z., Physics. Molekulární fyzika. Termodynamika, 2010 , str. 310.
12. ↑ Termodynamika. Základní pojmy. Terminologie. Písmenná označení veličin, 1984 , s. 22.
13. ↑ Novikov I.I., Termodynamika, 1984 , s. 215.
14. ↑ Romanyuk V.N. a další, Laboratorní práce (dílna) v oboru "Technická termodynamika", část 2, 2003 , str. 21.
15. ↑ Leonova V.F., Termodynamika, 1968 , s. 144.
16. ↑ 1 2 Glagolev K.V., Morozov A.N., Fyzikální termodynamika, 2007 , s. 241.
17. ↑ Haywood R., Termodynamika rovnovážných procesů, 1983 , s. 99.
18. ↑ Technická termodynamika. Ed. E. I. Guygo, 1984 , str. 146.
19. ↑ A. Munster, Chemická termodynamika, 1971 , str. 222.
20. ↑ 1 2 Zhdanov L. S., Zhdanov G. L., Physics, 1984 , s. 121.
21. ↑ Bulidorova G. V. et al., Fyzikální chemie, 2012 , str. 228.
22. ↑ Anselm A.I., Základy statistické fyziky a termodynamiky, 1973 , s. 227.
23. ↑ Meyer K., Fyzikálně chemická krystalografie, 1972 , str. 134.
24. ↑ Glagolev K.V., Morozov A.N., Fyzikální termodynamika, 2007 , s. 242.
25. ↑ Eisenberg D., Kauzman V., Struktura a vlastnosti vody, 1975 , str. 95-96.
26. ↑ Rakovsky A.V. , Kurz fyzikální chemie, 1939 , s. 276.
27. ↑ Eremin E. N., Základy chemické termodynamiky, 1978 , s. 329.
28. ↑ Bobkova N. M., Fyzikální chemie žáruvzdorných materiálů, 2007 , s. 103.
29. ↑ Dritz M. E. a kol., Vlastnosti prvků, 1985 .
30. ↑ Fedorov P.I. , Triple point, 1998 , s. 12.

Literatura

• Nic M., Jirat J., Kosata B., Jenkins A. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Gold Book)  (anglicky) . — 2.3.3. - International Union of Pure and Applied Chemistry, 2014. - 1622 s. — ISBN 0-9678550-9-8 .
• Anselm AI Základy statistické fyziky a termodynamiky. - M. : Nauka, 1973. - 424 s.
• Bobkova NM Fyzikální chemie žáruvzdorných nekovových a silikátových materiálů. - Minsk: Vyšší škola, 2007. - 303 s. — ISBN 978-985-06-1389-9 .
• Bulidorova G. V., Galyametdinov Yu. G., Yaroshevskaya Kh. M., Barabanov V. P. Fyzikální chemie. - Kazaň: Kazaňské nakladatelství. nat. výzkum technol. un-ta, 2012. - 396 s. - ISBN 978-5-7882-1367-5 .
• Glagolev KV, Morozov AN Fyzikální termodynamika. — 2. vyd., opraveno. - M . : Vydavatelství MSTU im. N. E. Bauman, 2007. - 270 s. — (Fyzika na Vysokém učení technickém). - ISBN 978-5-7038-3026-0 .
• Drits M. E., Budberg P. B., Burkhanov G. S., Drits A. M., Panovko V. M. Vlastnosti prvků. Adresář / Pod obecným. vyd. prof. M. E. Dritsa. - M .: Metalurgie, 1985. - 672 s.
• Eremin EN Základy chemické termodynamiky. - 2. vyd. - M . : Vyšší škola, 1978. - 392 s.
• Zhdanov L. S., Zhdanov G. L. Fyzika pro střední speciální vzdělávací instituce. - 4. vydání, Rev. — M .: Nauka, 1984. — 512 s.
• Ivanova T.E. Chemická termodynamika a její aplikace v obchodu s ropou a plynem. - Ťumeň: Tsogu, 2014. - 146 s. - ISBN 978-5-9961-0925-8 .
• Meyer K. Fyzikální a chemická krystalografie. — Per. s ním. O. P. Nikitina. - Ed. E. D. Schukina a B. D. Sum. - M .: Metalurgie, 1972. - 480 s.
• Leonova VF termodynamika. - M . : Vyšší škola, 1968. - 159 s.
• Myakishev G. Ya., Sinyakov A. Z. Physics. Molekulární fyzika. Termodynamika. Stupeň 10. úroveň profilu. - 12. vyd., stereotyp .. - M . : Drop, 2010. - 349 s. - ISBN 978-5-358-08873-3 .
• Munster A. Chemická termodynamika. — M .: Mir, 1971. — 296 s.
• Novikov I. I. Termodynamika. - M .: Mashinostroenie, 1984. - 592 s.
• Rakovský A.V. Kurz fyzikální chemie. - M .: Goshimizdat , 1939. - 544 s.
• Romanyuk V. N., Tomkunas E. V., Bauk I. V., Tarasevich L. V. Laboratorní práce (dílna) v oboru "Technická termodynamika" pro studenty tepelně energetických oborů. Ve 4 dílech. Část 2. Skutečný plyn. - Minsk: BelNTU, 2003. - 104 s.
• Termodynamika. Základní pojmy. Terminologie. Písmenná označení veličin / Resp. vyd. I. I. Novikov. - Akademie věd SSSR. Výbor pro vědeckou a technickou terminologii. Sbírka definic. Problém. 103. - M. : Nauka, 1984. - 40 s.
• Technická termodynamika / Ed. prof. E. I. Guygo. - 2. vyd. - L . : Nakladatelství Leningrad. un-ta, 1984. - 296 s.
• Fedorov P. I. Trojitý bod  // Chemická encyklopedie . - Velká ruská encyklopedie , 1998. - V. 5: Tryptofan - Iatrochemie . - S. 12 . (Ruština)
• Khachkuruzov GA Základy obecné a chemické termodynamiky. - M . : Vyšší škola, 1979. - 268 s.
• Haywood R. Termodynamika rovnovážných procesů. Průvodce pro inženýry a vědce. — M .: Mir, 1983. — 493 s.
• Chemická encyklopedie / Ch. vyd. N. S. Žefirov . - M . : Velká ruská encyklopedie , 1998. - V. 5: Tryptofan - Iatrochemie. — 783 str. — ISBN 5-85270-310-9 .
• Eisenberg D., Kautsman V. Struktura a vlastnosti vody. - L .: Gidrometeoizdat, 1975. - 280 s.

Externí odkazy

• Definice Kelvina v BIPM  
• K. V. Glagolev, A. N. Morozov. Stavové diagramy