Hármas pont

A hármaspont egy egykomponensű rendszerben a kétfázisú egyensúlyi görbék  konvergenciapontja egy lapos P–T fázisdiagramon , amely három fázis stabil egyensúlyának felel meg [1] [2] . A hármaspont invariáns , azaz nem enged semmilyen változást az őt jellemző állapotparaméterekben - sem hőmérséklet , sem nyomás [3] [4] . Az egyes anyagoknak több stabil kristályfázisa és ennek eredményeként több hármaspontja is lehet [5] . Egy N fázis kialakítására képes rendszerben a lehetséges hármaspontok száma [6] . Például a kén négy fázisa ismert - két szilárd, folyékony és gáznemű - és négy hármas pont, amelyek közül az egyik metastabil [7] [8] [9] [6] .

Ha egy egyedi anyagnak van egy hármaspontja, amely megfelel annak az állapotnak, amelyben az egyensúlyi fázisok különböző halmazállapotúak ( szilárd , folyékony és gáznemű halmazállapotúak ), akkor az egyedi [10] [11] , és főhármasnak nevezzük. [12] [13] [14] vagy alapvető [15] pont . A fő hármaspont a hélium esetében nem létezik [16] .

Mivel a hármaspont koordinátáit P és T értékei adják meg, és nem függenek V-től, ezért a háromdimenziós P–T–V fázisdiagramon és annak P–V síkra való vetületén az egyensúlyi állapot a három fázis állapota megfelel a hármas vonalnak [17] [18] .

A kétfázisú egyensúly három monovariáns vonala konvergál a fő hármaspontban: olvadás ( kristály  - folyadék egyensúly ), forrás (folyadék - gőz egyensúly ) és szublimáció (kristály-gőz egyensúly) [3] . A hélium 3 He-nek és 4 He-nek nincs fő hármaspontja - mindkét esetben a szilárd fázis és a folyékony (He I és He II), a folyékony fázisok a gáznemű egyensúlyi vonalai mindkét esetben nem metszik egymást: a szilárd fázis egyensúly csak a folyadékkal [19] [20 ] [16] . Más, ezzel a tulajdonsággal rendelkező anyagok nem ismertek [20] .

A fő hármaspont egyedisége és változatlansága lehetővé teszi, hogy hőmérsékleti referenciaként használjuk. A Kelvin-hőmérséklet-skála a víz hármaspontját használja referenciaként.

A Gibbs-fázisszabály korlátozza az együtt létező fázisok számát – egy egyensúlyi állapotú egykomponensű rendszernek nem lehet háromnál több fázisa [1] [2] –, de nem ír elő korlátozásokat aggregációs állapotukra. Ezért az enantiotrópia esetében a fő hármasponton kívül további hármaspontok is megjelennek az állapotdiagramon , amelyek megfelelnek:

• két szilárd fázis egyensúlya egy folyadékkal (például a kristályos kén  - rombos és monoklin - allotróp módosulatai  és a folyékony kén);
• két szilárd fázis egyensúlya gőzzel;
• három szilárd fázis egyensúlya.

A metastabil kétfázisú egyensúlyi vonalak metszéspontjában elhelyezkedő hármas pontok (vagy ezeknek a vonalaknak a folytatásai) megjelenése is lehetséges. Monotrópia esetén csak egy metastabil hármaspont jelenik meg [3] .

A kristályos elemi kén dimorf , ezért a kénfázis diagramon (lásd az ábrát; a nyomáshoz logaritmikus skálát használunk) három stabil hármaspont és egy metastabil van, amelyek mindegyike három fázis termodinamikai egyensúlyának feltételeit teljesíti [21] :

• A pont (opcionális): szilárd rombos S p , szilárd monoklin S m és gázhalmazállapotú kén S p egyensúlya ;
• B pont (opcionális): a szilárd rombusz, szilárd monoklin és folyékony kén egyensúlya S W ;
• C pont (fő): szilárd monoklin, olvadt és gáz halmazállapotú kén egyensúlya;
• O pont (metastabil): metastabil egyensúly túlhevített szilárd rombusz, túlhűtött folyadék és gázhalmazállapotú kén között.

Amint a fázisdiagram mutatja, a rombuszos kén nem lehet egyidejűleg egyensúlyban az olvadékkal és a kéngőzzel [22] , ezért a fő hármaspontban a szilárd fázist a monoklin kén képviseli. A metastabil hármaspont a kén egyik kristálymódosulatának a másikba való alacsony átalakulási sebessége miatt jelenik meg [23] .

A hélium további hármas pontjaiban vagy két folyékony fázis (He I és He II) és kristályos hélium, vagy két folyékony fázis és gázhalmazállapotú hélium létezik [24] . A víz esetében 1975-ben hét további hármas pontot ismertek, amelyek közül három három szilárd fázisra vonatkozott [25] . A modern adatokért lásd A víz fázisdiagramja című cikket és a jelen cikkben megadott diagramot.

A rendszerelemek (oldat vagy ötvözet) számának növekedésével a rendszert jellemző független paraméterek száma is megnő. Egy kétkomponensű rendszer leírásához egy harmadik, a rendszer összetételét jellemző paramétert adnak hozzá a hőmérséklethez és a nyomáshoz. A bináris rendszerben a négyes pont nem változó lesz . Például egy víz és só rendszerében a fázisok egyszerre lehetnek egyensúlyban: oldat, só, jég és gőz (A pont az ábrán. Négyszeres pontok egy kétkomponensű rendszerben ). Ha a só kristályos hidrátokat képez, akkor négy fázis egyéb kombinációi is lehetségesek, például oldat, vízmentes só, szilárd kristályos hidrát, jég (vagy jég helyett gőz) stb. (B pont az ábrán. Négyszeres pontok a kettőben -komponens rendszer ) [4] [26 ] . Egy bináris rendszer állapotát ábrázoló háromdimenziós diagramon már sok hármas pont található egy hármas térbeli görbén. Lapos diagramon egy ilyen rendszer három fázisának egyensúlya megjeleníthető, ha az egyik paramétert állandónak tekintjük. Általános esetben tetszőleges számú komponensű rendszerek sík állapotdiagramjain hármas pont létezik, ha kettő kivételével minden, a rendszer állapotát meghatározó paraméter rögzített [1] .

Egy háromkomponensű rendszerben a hármaspont egy három szilárd fázisú olvadék négyfázisú egyensúlyának nem változó pontja ( hármas eutektikus pont , hármas eutektikus pont) [3] [27] [28] .

Egyes anyagok hárompontos paraméterei

Egyes anyagok hárompontos paramétereit a [29] [30] táblázat tartalmazza .

Lásd még

• Kritikus pont
• A Kelvin hőmérsékleti skála definíciója
• Három pont a víz

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 3 Fizikai enciklopédia. Három pont (nem elérhető link) . Letöltve: 2015. április 19. Az eredetiből archiválva : 2017. április 21.. (Orosz) 
2. ↑ 1 2 Nagy Szovjet Enciklopédia. Három pont (nem elérhető link) . Letöltve: 2015. április 19. Az eredetiből archiválva : 2017. június 6.. (Orosz) 
3. ↑ 1 2 3 4 Chemical Encyclopedia, 5. v., 1998 , p. 12.
4. ↑ 1 2 Munster A., ​​Kémiai termodinamika, 1971 , p. 151.
5. ↑ Khachkuruzov G. A., Az általános és kémiai termodinamika alapjai, 1979 , p. 132.
6. ↑ 1 2 IUPAC Gold Book, 2014 , p. 1567.
7. ↑ Meyer K., Physicochemical Crystallography, 1972 , p. 133-134.
8. ↑ Bulidorova G. V. et al., Physical Chemistry, 2012 , p. 228.
9. ↑ Ivanova T. E., A kémiai termodinamika és alkalmazása az olaj- és gázüzletágban, 2014 , p. 87.
10. ↑ Zhdanov L. S., Zhdanov G. L., Fizika, 1984 , p. 119.
11. ↑ Myakishev G. Ya., Sinyakov A. Z., Fizika. Molekuláris fizika. Termodinamika, 2010 , p. 310.
12. ↑ Termodinamika. Alapfogalmak. Terminológia. A mennyiségek betűjeles megjelölései, 1984 , p. 22.
13. ↑ Novikov I. I., Termodinamika, 1984 , p. 215.
14. ↑ Romanyuk V. N. és mások, Laboratóriumi munka (műhely) a "Technikai termodinamika" tudományágban, 2. rész, 2003 , 1. o. 21.
15. ↑ Leonova V.F., Termodinamika, 1968 , p. 144.
16. ↑ 1 2 Glagolev K.V., Morozov A.N., Fizikai termodinamika, 2007 , p. 241.
17. ↑ Haywood R., Az egyensúlyi folyamatok termodinamikája, 1983 , p. 99.
18. ↑ Műszaki termodinamika. Szerk. E. I. Guygo, 1984 , p. 146.
19. ↑ A. Munster, Chemical Thermodynamics, 1971 , p. 222.
20. ↑ 1 2 Zhdanov L. S., Zhdanov G. L., Fizika, 1984 , p. 121.
21. ↑ Bulidorova G. V. et al., Physical Chemistry, 2012 , p. 228.
22. ↑ Anselm A.I., A statisztikai fizika és termodinamika alapjai, 1973 , p. 227.
23. ↑ Meyer K., Physicochemical Crystallography, 1972 , p. 134.
24. ↑ Glagolev K.V., Morozov A.N., Fizikai termodinamika, 2007 , p. 242.
25. ↑ Eisenberg D., Kauzman V., A víz szerkezete és tulajdonságai, 1975 , p. 95-96.
26. ↑ Rakovsky A.V. , Fizikai kémia tanfolyam, 1939 , p. 276.
27. ↑ Eremin E. N., A kémiai termodinamika alapjai, 1978 , p. 329.
28. ↑ Bobkova N. M., Tűzálló anyagok fizikai kémiája, 2007 , p. 103.
29. ↑ Dritz M. E. et al., Properties of elements, 1985 .
30. ↑ Fedorov P.I. , Hármas pont, 1998 , p. 12.

Irodalom

• Nic M., Jirat J., Kosata B., Jenkins A. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Gold Book)  (angol) . — 2.3.3. - Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója, 2014. - 1622 p. — ISBN 0-9678550-9-8 .
• Anselm AI A statisztikai fizika és termodinamika alapjai. - M .: Nauka, 1973. - 424 p.
• Bobkova NM Tűzálló nemfémes és szilikát anyagok fizikai kémiája. - Minszk: Felsőiskola, 2007. - 303 p. — ISBN 978-985-06-1389-9 .
• Bulidorova G. V., Galyametdinov Yu. G., Yaroshevskaya Kh. M., Barabanov V. P. Fizikai kémia. - Kazan: Kazan Publishing House. nat. kutatás technol. un-ta, 2012. - 396 p. - ISBN 978-5-7882-1367-5 .
• Glagolev KV, Morozov AN Fizikai termodinamika. — 2. kiadás, javítva. - M . : MSTU kiadó im. N. E. Bauman, 2007. - 270 p. — (Fizika a Műegyetemen). - ISBN 978-5-7038-3026-0 .
• Drits M. E., Budberg P. B., Burkhanov G. S., Drits A. M., Panovko V. M. Properties of elements. Címtár / Az általános alatt. szerk. prof. M. E. Dritsa. - M . : Kohászat, 1985. - 672 p.
• Eremin EN A kémiai termodinamika alapjai. - 2. kiadás - M . : Felsőiskola, 1978. - 392 p.
• Zhdanov L. S., Zhdanov G. L. Fizika középfokú speciális oktatási intézmények számára. - 4. kiadás, Rev. — M .: Nauka, 1984. — 512 p.
• Ivanova T.E. A kémiai termodinamika és alkalmazása az olaj- és gáziparban. - Tyumen: Tsogu, 2014. - 146 p. - ISBN 978-5-9961-0925-8 .
• Meyer K. Fizikai és kémiai krisztallográfia. — Per. vele. O. P. Nyikitina. - Szerk. E. D. Schukina és B. D. Sum. - M . : Kohászat, 1972. - 480 p.
• Leonova VF Termodinamika. - M . : Felsőiskola, 1968. - 159 p.
• Myakishev G. Ya., Sinyakov A. Z. Fizika. Molekuláris fizika. Termodinamika. 10. fokozat. profilszint. - 12. kiadás, sztereotípia .. - M . : Bustard, 2010. - 349 p. - ISBN 978-5-358-08873-3 .
• Munster A. Kémiai termodinamika. — M .: Mir, 1971. — 296 p.
• Novikov I. I. Termodinamika. - M . : Mashinostroenie, 1984. - 592 p.
• Rakovsky A.V. Fizikai kémia tanfolyam. - M . : Goshimizdat , 1939. - 544 p.
• Romanyuk V. N., Tomkunas E. V., Bauk I. V., Tarasevich L. V. Laboratóriumi munka (műhely) a "Műszaki termodinamika" tudományágban a hőenergia szakos hallgatók számára. 4 részben. 2. rész Valódi gáz. - Minszk: BelNTU, 2003. - 104 p.
• Termodinamika. Alapfogalmak. Terminológia. Mennyiségek betűjeles megjelölései / Ill. szerk. I. I. Novikov. - A Szovjetunió Tudományos Akadémia. Tudományos és Műszaki Terminológiai Bizottság. Definíciók gyűjteménye. Probléma. 103. - M. : Nauka, 1984. - 40 p.
• Műszaki termodinamika / Szerk. prof. E. I. Guygo. - 2. kiadás - L . : Leningrád kiadó. un-ta, 1984. - 296 p.
• Fedorov P. I. Hárompont  // Kémiai enciklopédia . - Great Russian Encyclopedia , 1998. - V. 5: Triptofán - Iatrochemistry . - S. 12 . (Orosz)
• Khachkuruzov GA Az általános és kémiai termodinamika alapjai. - M . : Felsőiskola, 1979. - 268 p.
• Haywood R. Egyensúlyi folyamatok termodinamikája. Útmutató mérnököknek és tudósoknak. — M .: Mir, 1983. — 493 p.
• Chemical Encyclopedia / Ch. szerk. N. S. Zefirov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1998. - V. 5: Triptofán - Iatrokémia. — 783 p. — ISBN 5-85270-310-9 .
• Eisenberg D., Kautsman V. A víz szerkezete és tulajdonságai. - L . : Gidrometeoizdat, 1975. - 280 p.

Külső linkek

• A Kelvin meghatározása a BIPM-ben  
• K. V. Glagolev, A. N. Morozov. Állapot diagramok