Русская Википедия:Тройная точка

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Файл:Phase-diag ru.svg
Типичные виды фазовых диаграмм. Зелёный пунктир показывает аномальное поведение воды
Файл:PVT 3D diagram-ru.svg
Трёхмерная фазовая диаграмма
Файл:Фазовая диаграмма серы.png
Фазовая диаграмма элементарной серы.
Sp — ромбическая сера; Sм — моноклинная сера; Sж — жидкая сера; Sп — пары серы
Файл:Четверные точки в двухкомпонентной системе.svg
Р — давление, Т — температура, γ — концентрация раствора; А — четверная точка в системе раствор — соль — лёд — пар, В — четверная точка в системе раствор — соль безводная — твёрдый кристаллогидрат — лёд (или вместо льда пар)
Файл:Phasendiagramm He3log-ru.svg
Фазовая диаграмма 3Не. Фаза 2 твёрдого гелия состоит из кристаллов объёмно-центрированной кубической сингонии

Тройна́я то́чка в однокомпонентной системе — точка схождения кривых двухфазных равновесий на плоской P—T-фазовой диаграмме, соответствующая устойчивому равновесию трёх фаз[1][2]. Тройная точка нонвариантна, т. е. не допускает изменения ни одного из характеризующих её параметров состояния — ни температуры, ни давленияШаблон:SfnШаблон:Sfn. Индивидуальные вещества могут иметь несколько стабильных кристаллических фаз и вследствие этого несколько тройных точекШаблон:Sfn. В системе, способной к образованию N фаз, число возможных тройных точек равно <math>\frac{N!}{3!(N-3)!}</math>Шаблон:Sfn. Например, для серы известны четыре фазы — две твёрдые, жидкая и газообразная — и четыре тройные точки, одна из которых метастабильнаяШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Если для индивидуального вещества существует тройная точка, соответствующая состоянию, в котором равновесные фазы находятся в различных агрегатных состояниях (твёрдом, жидком и газообразном), то она единственнаШаблон:SfnШаблон:Sfn, и её называют основной тройной точкойШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn или фундаментальной точкойШаблон:Sfn. Основная тройная точка не существует для гелияШаблон:Sfn.

Поскольку координаты тройной точки задаются значениями P и T и не зависят от V, то на трёхмерной фазовой диаграмме P—T—V и её проекции на плоскость P—V равновесным состояниям трёх фаз соответствует тройная линия (triple line)Шаблон:SfnШаблон:Sfn.

В основной тройной точке сходятся три моновариантные линии двухфазных равновесий: плавления (равновесие кристалл — жидкость), кипения (равновесие жидкость — пар) и возгонки (равновесие кристалл — пар)Шаблон:Sfn. Гелий 3Не и 4Не не имеют основной тройной точки — в обоих случаях линии равновесия твёрдой фазы с жидкими (Не I и Не II) и жидких фаз с газообразной нигде не пересекаются: твёрдая фаза находится в равновесии только с жидкойШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn. Другие вещества с такой особенностью неизвестныШаблон:Sfn.

Единственность и нонвариантность основной тройной точки позволяет использовать её как репер температуры. В частности, температурная шкала Кельвина использует тройную точку воды в качестве опорной.

Правило фаз Гиббса ограничивает число сосуществующих фаз — однокомпонентная система в равновесии не может иметь больше трёх фаз[1][2], — но не накладывает ограничений на их агрегатное состояние. Поэтому в случае энантиотропии на диаграмме состояния помимо основной тройной точки появляются дополнительные тройные точки, отвечающие:

Возможно также появление метастабильных тройных точек, расположенных на пересечении линий метастабильных двухфазных равновесий (или продолжений этих линий). В случае монотропии появляется только метастабильная тройная точкаШаблон:Sfn.

Кристаллическая элементарная сера диморфна, поэтому на фазовой диаграмме серы (см. рисунок; для давления использован логарифмический масштаб) имеются три стабильные тройные точки и одна метастабильная, каждая из которых отвечает условиям термодинамического равновесия трёх фазШаблон:Sfn:

  • точка А (дополнительная): равновесие твёрдой ромбической Sp, твёрдой моноклинной Sм и газообразной серы Sп;
  • точка В (дополнительная): равновесие твёрдой ромбической, твёрдой моноклинной и жидкой серы Sж;
  • точка С (основная): равновесие твёрдой моноклинной, расплавленной и газообразной серы;
  • точка О (метастабильная): метастабильное равновесие между перегретой твёрдой ромбической, переохлаждённой жидкой и газообразной серой.

Как показывает фазовая диаграмма, ромбическая сера не может одновременно находиться в равновесии с расплавом и парами серыШаблон:Sfn, поэтому в основной тройной точке твёрдая фаза представлена моноклинной серой. Метастабильная тройная точка появляется вследствие низкой скорости превращения одной кристаллической модификации серы в другуюШаблон:Sfn.

В дополнительных тройных точках гелия сосуществуют либо две жидкие фазы (Не I и Не II) и кристаллический гелий, либо две жидкие фазы и газообразный гелийШаблон:Sfn. Для воды в 1975 г. были известны семь дополнительных тройных точек, из них три — для трёх твёрдых фазШаблон:Sfn. Современные данные см. в статье Фазовая диаграмма воды и на приведённой в этой статье диаграмме.

При увеличении числа компонентов системы (раствора или сплава) увеличивается и число независимых параметров, характеризующих эту систему. Для описания двухкомпонентной системы к температуре и давлению добавляют третий параметр, характеризующий состав системы. Нонвариантной в бинарной системе будет четверная точка. Например, в системе из воды и соли одновременно в равновесии могут быть фазы: раствор, соль, лёд и пар (точка А на рис. Четверные точки в двухкомпонентной системе). Если соль образует кристаллогидраты, то возможны другие комбинации четырёх фаз, например раствор, соль безводная, твёрдый кристаллогидрат, лёд (или вместо льда пар) и т. д.(точка В на рис. Четверные точки в двухкомпонентной системе)Шаблон:SfnШаблон:Sfn. Трёхмерная диаграмма состояния бинарной системы имеет уже множество тройных точек, расположенных на тройной пространственной кривой. На плоской диаграмме равновесие трёх фаз для такой системы можно отобразить, если считать один из параметров постоянным. В общем случае тройные точки существуют на плоских диаграммах состояния систем с любым числом компонентов, если все параметры, определяющие состояние системы, кроме двух, фиксированы[1].

В трёхкомпонентной системе тройной точкой называют нонвариантную точку четырёхфазного равновесия расплава с тремя твёрдыми фазами (тройная эвтектическая точка, точка тройной эвтектики)Шаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Параметры тройной точки некоторых веществ

Параметры тройной точки некоторых веществ приведены в таблицеШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Параметры тройной точки веществ
Вещество Фазы Температура, °С Давление, МПа
Ar (аргон) твёрдая—жидкая—газовая —189,34 0,0689
Br2 (бром) твёрдая—жидкая—газовая —7,25 0,0046548
С (углерод) графит—алмаз—жидкость 3700 11000
Cl2 (хлор) твёрдая—жидкая—газовая —101,05 0,001354
F2 (фтор) твёрдая—жидкая—газовая —219,61 0,00019198
H2 (водород) твёрдая—жидкая—газовая —259.19 0,007205
Kr (криптон) твёрдая—жидкая—газовая —157,22 0,073
N2 (азот) твёрдая—жидкая—газовая —210,01 0,012520
Ne (неон) твёрдая—жидкая—газовая —248,61 0,043265
Rn (радон) твёрдая—жидкая—газовая —71 0,07
Ti (титан) 640 ± 50 (8 ± 0,7)•1000
Tl (таллий) α—β—γ 115 3900
Xe (ксенон) твёрдая—жидкая—газовая —111,63 0,08

См. также

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Внешние ссылки

Шаблон:Состояния материи

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Шаблон:Cite web
  2. ↑ 2,0 2,1 Шаблон:Cite web
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Тройная_точка&oldid=10953549