و النقطة الثلاثية هو مصطلح في مجال الديناميكا الحرارية التي تشير إلى درجة الحرارة والضغط فيها ثلاثة مراحل من مادة موجودة في وقت واحد في حالة من التوازن الحرارية. هذه النقطة موجودة لجميع المواد ، على الرغم من أن الظروف التي تتحقق فيها تختلف اختلافًا كبيرًا بين كل مادة.
يمكن أن تتضمن النقطة الثلاثية أيضًا أكثر من مرحلة واحدة من نفس النوع لمادة معينة ؛ أي ، يتم ملاحظة مرحلتين مختلفتين من المواد الصلبة أو السائلة أو الغازية. الهيليوم ، ولا سيما نظيره الهليوم -4 ، هو مثال جيد لنقطة ثلاثية تتضمن مرحلتين فرديتين من السائل: السائل العادي والسائل الفائق.
خصائص النقطة الثلاثية
تُستخدم النقطة الثلاثية للماء لتحديد كلفن ، وهي الوحدة الأساسية لدرجة الحرارة الديناميكية الحرارية في النظام الدولي للوحدات (SI). يتم تحديد هذه القيمة حسب التعريف بدلاً من قياسها.
يمكن ملاحظة النقاط الثلاثية لكل مادة باستخدام مخططات الطور ، والتي هي عبارة عن رسوم بيانية مخططة تسمح بتوضيح الظروف المحددة للمراحل الصلبة والسائلة والغازية (وغيرها ، في حالات خاصة) لمادة ما أثناء وجودها أنها تمارس تغيرات في درجة الحرارة والضغط و / أو الذوبان.
يمكن العثور على مادة عند نقطة انصهارها حيث تلتقي المادة الصلبة بالسائل ؛ يمكن العثور عليه أيضًا عند نقطة الغليان حيث يلتقي السائل بالغاز. ومع ذلك ، يتم تحقيق المراحل الثلاث في النقطة الثلاثية. ستكون هذه المخططات مختلفة لكل مادة ، كما سنرى لاحقًا.
يمكن استخدام النقطة الثلاثية بشكل فعال في معايرة ميزان الحرارة ، باستخدام خلايا النقطة الثلاثية.
هذه عينات من مواد في ظروف معزولة (داخل "خلايا" زجاجية) تكون عند نقطتها الثلاثية تحت ظروف درجة حرارة وضغط معروفة ، وبالتالي تسهل دراسة دقة قياسات ميزان الحرارة.
كما تم استخدام دراسة هذا المفهوم في استكشاف كوكب المريخ ، حيث جرت محاولة لمعرفة مستوى سطح البحر خلال المهمات التي نفذت في السبعينيات.
نقطة مياه ثلاثية
تحدث الظروف الدقيقة للضغط ودرجة الحرارة التي يتعايش عندها الماء في مراحل التوازن الثلاث - الماء السائل والجليد والبخار - عند درجة حرارة 273.16 كلفن بالضبط (0.01 درجة مئوية) وضغط بخار جزئي يبلغ 611.656 باسكال (0.00603659 atm).
في هذه المرحلة يكون تحويل المادة إلى أي من المراحل الثلاث ممكنًا مع الحد الأدنى من التغييرات في درجة الحرارة أو الضغط. على الرغم من أن الضغط الكلي للنظام يمكن أن يكون أعلى من ذلك المطلوب للنقطة الثلاثية ، إذا كان الضغط الجزئي للبخار عند 611.656 باسكال ، فإن النظام سيصل إلى النقطة الثلاثية بنفس الطريقة.
من الممكن أن نلاحظ في الشكل السابق تمثيل النقطة الثلاثية (أو النقطة الثلاثية ، باللغة الإنجليزية) لمادة يشبه رسمها التخطيطي مخطط الماء ، وفقًا لدرجة الحرارة والضغط المطلوبين للوصول إلى هذه القيمة.
في حالة الماء ، تتوافق هذه النقطة مع الحد الأدنى من الضغط الذي يمكن أن يوجد عنده الماء السائل. عند ضغوط أقل من هذه النقطة الثلاثية (على سبيل المثال ، في الفراغ) وعند استخدام تسخين الضغط المستمر ، سيتحول الجليد الصلب مباشرة إلى بخار الماء دون المرور عبر السائل ؛ هذه عملية تسمى التسامي.
بعد هذا الضغط الأدنى (P tp) ، سوف يذوب الثلج أولاً ليشكل ماء سائل ، وهناك فقط سوف يتبخر أو يغلي ليشكل بخارًا.
بالنسبة للعديد من المواد ، تكون قيمة درجة الحرارة عند نقطتها الثلاثية هي الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي يمكن أن يتواجد فيها الطور السائل ، لكن هذا لا يحدث في حالة الماء. بالنسبة للمياه ، لا يحدث هذا ، حيث تقل درجة انصهار الجليد كدالة للضغط ، كما هو موضح في الخط الأخضر المنقط في الشكل السابق.
في مراحل الضغط المرتفع ، يكون للمياه مخطط طور معقد إلى حد ما ، حيث يتم عرض خمسة عشر مرحلة جليدية معروفة (عند درجات حرارة وضغوط مختلفة) ، بالإضافة إلى عشر نقاط ثلاثية مختلفة معروضة في الشكل التالي:
يمكن ملاحظة أنه في ظل ظروف الضغط المرتفع ، يمكن أن يوجد الجليد في حالة توازن مع السائل ؛ يوضح الرسم البياني أن نقاط الانصهار تزداد مع الضغط. عند درجات حرارة منخفضة ثابتة وضغط متزايد ، يمكن أن يتحول البخار مباشرة إلى جليد ، دون المرور بالمرحلة السائلة.
يتم أيضًا تمثيل الظروف المختلفة التي تحدث على الكواكب حيث تمت دراسة النقطة الثلاثية (الأرض عند مستوى سطح البحر وفي المنطقة الاستوائية للمريخ) في هذا المخطط أيضًا.
يوضح الرسم التخطيطي أن النقطة الثلاثية تختلف اعتمادًا على الموقع لأسباب تتعلق بالضغط الجوي ودرجة الحرارة ، وليس فقط بسبب تدخل المجرب.
نقطة ثلاثية سيكلوهكسان
الهكسان الحلقي هو ألكان حلقي له الصيغة الجزيئية لـ C 6 H 12. تتميز هذه المادة بخصوصية وجود ظروف ثلاثية النقاط يمكن إعادة إنتاجها بسهولة ، كما في حالة الماء ، حيث تقع هذه النقطة عند درجة حرارة 279.47 كلفن وضغط 5.388 كيلو باسكال.
في ظل هذه الظروف ، لوحظ أن المركب يغلي ويتصلب ويذوب مع الحد الأدنى من التغيرات في درجة الحرارة والضغط.
النقطة الثلاثية للبنزين
في حالة مشابهة للهكسان الحلقي ، يكون للبنزين (مركب عضوي مع الصيغة الكيميائية C 6 H 6) ظروف ثلاثية النقاط يمكن استنساخها بسهولة في المختبر.
قيمته 278.5 كلفن و 4.83 كيلو باسكال ، لذا فإن التجريب مع هذا المكون على مستوى المبتدئين شائع أيضًا.
المراجع
- ويكيبيديا. (سادس). ويكيبيديا. تم الاسترجاع من en.wikipedia.org
- بريتانيكا ، إي (1998). موسوعة بريتانيكا. تعافى من britannica.com
- القوة ، N. (سادس). الطاقة النووية. تم الاسترجاع من موقع الطاقة النووية
- واغنر ، دبليو ، شاول ، أ ، وبروب ، أ. (1992). المعادلات الدولية للضغط على طول الانصهار وعلى طول منحنى التسامي للمياه العادية. بوخوم.
- Penoncello، SG، Jacobsen، RT، & Goodwin، AR (1995). صيغة خاصية الديناميكا الحرارية للسيكلوهكسان.