Co to jest punkt potrójny?

Na schemacie fazowym punktem potrójnym jest miejsce, w którym substancja istnieje jednocześnie jako ciało stałe, ciecz i gaz. W oparciu o ciśnienie atmosferyczne i temperaturę potrójne punkty mają bardzo specyficzne wartości i istnieją w równowadze. Choć mają stosunkowo mało praktycznych zastosowań, potrójne punkty przekazują naukowcom informacje o zachowaniu substancji i służą do precyzyjnej kalibracji termometrów.

Diagram fazowy jest najczęściej używany w termodynamice do oznaczenia warunków niezbędnych do przejścia substancji między jej trzema stanami: ciałem stałym, cieczą i gazem. Te diagramy wyglądają podobnie do wykresu, z temperaturą podaną na osi X i zwykle ciśnieniem podaną na osi Y. W przypadku jedno- lub jednoskładnikowych substancji, takich jak woda, linie na schemacie tworzą kształt litery Y. Każda z trzech linii Y będzie oznaczać jeden stan, a gdzie trzy łączą się to punkt potrójny.

Substancja może istnieć łatwo w jednym stanie lub nawet dwóch w zakresie temperatur. Na przykład woda w temperaturze poniżej 0 ° C (32 ° F) istnieje jako lód, ciało stałe. Ogrzej lód powyżej jego punktu zamarzania i zacznie się topić, istniejąc zarówno jako substancja stała, jak i ciecz. I odwrotnie, woda powyżej 32 ° F (0 ° C;) jest w stanie ciekłym. Podgrzać i uwalnia się para, co pozwala istnieć zarówno jako gaz, jak i ciecz.

Chociaż istnienie w jednym lub dwóch stanach może wystąpić w pewnym zakresie temperatur, istnienie we wszystkich trzech stanach jednocześnie wymaga bardzo ograniczających warunków i dlatego jest widoczne tylko w szczególnych okolicznościach. Na przykład potrójny punkt wody występuje w temperaturze 32,018 ° F (0,01 ° C) i pod ciśnieniem 0,006 atmosfery (atm). Ponieważ potrójne punkty są tak ograniczone, zwykle są widoczne tylko w systemach zamkniętych.

Potrójny punkt wody ma jednak praktyczne zastosowanie poza zamkniętym systemem. Jest to potrójny punkt, dzięki któremu łyżwiarze mogą ślizgać się po lodzie. Nacisk ciężaru łyżwiarki na pojedyncze ostrze łyżwy podnosi temperaturę lodu w wystarczającym stopniu, jednocześnie wywierając wystarczający nacisk, aby osiągnąć potrójny punkt wody i pozwolić łyżwiarzowi poruszać się po powierzchni cieczy podczas parowania jest również uwalniany.

Innym praktycznym zastosowaniem potrójnych punktów jest kalibracja termometrów. Korzystając z komórki, która może zawierać wodę lub ciekły azot, i utrzymując stałą temperaturę na niej przez określony czas, naukowiec może określić dokładny odczyt temperatury niezbędny do uzyskania dokładnego termometru. Chociaż istnieje wiele metod kalibracji termometrów, zwykle uważa się, że kalibracja przy użyciu potrójnych punktów jest najdokładniejsza.