Triple punto

El punto triple en un sistema de un componente  es el punto de convergencia de las curvas de equilibrio de dos fases en un diagrama de fase P-T plano , correspondiente a un equilibrio estable de tres fases [1] [2] . El punto triple es invariante , es decir, no permite ningún cambio en ninguno de los parámetros de estado que lo caracterizan, ni temperatura ni presión [3] [4] . Las sustancias individuales pueden tener varias fases cristalinas estables y, como resultado, varios puntos triples [5] . En un sistema capaz de formar N fases, el número de puntos triples posibles es [6] . Por ejemplo, se conocen cuatro fases para el azufre , dos sólidas, líquidas y gaseosas, y cuatro puntos triples, uno de los cuales es metaestable [7] [8] [9] [6] .

Si para una sustancia individual existe un punto triple correspondiente al estado en el que las fases de equilibrio se encuentran en diferentes estados agregados ( sólido , líquido y gaseoso ), entonces es único [10] [11] , y se denomina triple principal punto [12] [13] [14] o punto fundamental [15] . El punto triple principal no existe para el helio [16] .

Dado que las coordenadas del punto triple están dadas por los valores de P y T y no dependen de V, entonces en el diagrama de fase P-T-V tridimensional y su proyección en el plano P-V, el equilibrio los estados de las tres fases corresponden a la línea triple [17] [18] .

Tres líneas monovariantes de equilibrios de dos fases convergen en el punto triple principal: fusión ( equilibrio cristal  - líquido ), ebullición (equilibrio líquido- vapor ) y sublimación (equilibrio cristal-vapor) [3] . Helio 3 He y 4 He no tienen un punto triple principal; en ambos casos, las líneas de equilibrio de la fase sólida con el líquido (He I y He II) y las fases líquidas con gaseosas no se cruzan en ninguna parte: la fase sólida está en equilibrio sólo con el líquido [19] [20 ] [16] . Se desconocen otras sustancias con esta característica [20] .

La unicidad y la no variación del punto triple principal nos permite usarlo como referencia de temperatura. En particular, la escala de temperatura Kelvin utiliza como referencia el punto triple del agua .

La regla de fase de Gibbs limita el número de fases coexistentes (un sistema de un componente en equilibrio no puede tener más de tres fases [1] [2] ), pero no impone restricciones sobre su estado de agregación. Por lo tanto, en el caso de la enantiotropía , además del punto triple principal, aparecen puntos triples adicionales en el diagrama de estado , correspondientes a:

• el equilibrio de dos fases sólidas con un líquido (por ejemplo, modificaciones alotrópicas de azufre cristalino  - rómbico y monoclínico  - y azufre líquido);
• equilibrio de dos fases sólidas con vapor;
• equilibrio de tres fases sólidas.

También es posible la aparición de puntos triples metaestables ubicados en la intersección de líneas de equilibrio bifásico metaestable (o continuaciones de estas líneas). En el caso de la monotropía , solo aparece un punto triple metaestable [3] .

El azufre elemental cristalino es dimórfico , por lo tanto, en el diagrama de fases del azufre (ver figura; se usa una escala logarítmica para la presión) hay tres puntos triples estables y uno metaestable, cada uno de los cuales cumple las condiciones de equilibrio termodinámico de tres fases [21] :

• punto A (opcional): equilibrio de sólido rómbico S p , sólido monoclínico S m y azufre gaseoso S p ;
• punto B (opcional): equilibrio de sólido rómbico, sólido monoclínico y líquido azufre S W ;
• punto C (principal): balance de azufre monoclínico sólido, fundido y gaseoso;
• punto O (metaestable): equilibrio metaestable entre el sólido rómbico sobrecalentado, el líquido sobreenfriado y el azufre gaseoso.

Como muestra el diagrama de fase, el azufre rómbico no puede estar simultáneamente en equilibrio con el fundido y el vapor de azufre [22] , por lo tanto, en el punto triple principal, la fase sólida está representada por azufre monoclínico. El punto triple metaestable aparece debido a la baja tasa de transformación de una modificación cristalina del azufre en otra [23] .

En puntos triples adicionales de helio, coexisten dos fases líquidas (He I y He II) y helio cristalino, o dos fases líquidas y helio gaseoso [24] . Para el agua en 1975, se conocían siete puntos triples adicionales, de los cuales tres eran para tres fases sólidas [25] . Para obtener datos modernos, consulte el artículo El diagrama de fase del agua y el diagrama que se proporciona en este artículo.

Con un aumento en el número de componentes del sistema (solución o aleación), también aumenta el número de parámetros independientes que caracterizan este sistema. Para describir un sistema de dos componentes , se agrega a la temperatura y la presión un tercer parámetro que caracteriza la composición del sistema. El punto cuádruple será no variante en el sistema binario . Por ejemplo, en un sistema de agua y sal, las fases pueden estar simultáneamente en equilibrio: solución, sal, hielo y vapor (punto A en la Fig. Puntos cuádruples en un sistema de dos componentes ). Si la sal forma hidratos cristalinos, entonces son posibles otras combinaciones de cuatro fases, por ejemplo, solución, sal anhidra, hidrato cristalino sólido, hielo (o vapor en lugar de hielo), etc. (punto B en la Fig. Puntos cuádruples en dos -sistema de componentes ) [4] [26] . Un diagrama tridimensional del estado de un sistema binario ya tiene muchos puntos triples ubicados en una curva espacial triple. En un diagrama plano, se puede mostrar el equilibrio de tres fases para dicho sistema si uno de los parámetros se considera constante. En el caso general, existen puntos triples en diagramas de estado planos de sistemas con cualquier número de componentes, si todos los parámetros que determinan el estado del sistema, excepto dos, son fijos [1] .

En un sistema de tres componentes , un punto triple es un punto no variante del equilibrio de cuatro fases de una masa fundida con tres fases sólidas ( punto eutéctico triple, punto eutéctico triple) [3] [27] [28] .

Parámetros del punto triple de algunas sustancias

Los parámetros del punto triple de algunas sustancias se dan en la tabla [29] [30] .

Véase también

• Punto crítico
• Definición de la escala de temperatura Kelvin
• punto triple del agua

Notas

1. ↑ 1 2 3 Enciclopedia física. Punto triple (enlace no disponible) . Consultado el 19 de abril de 2015. Archivado desde el original el 21 de abril de 2017. (Ruso) 
2. ↑ 1 2 Gran enciclopedia soviética. Punto triple (enlace no disponible) . Consultado el 19 de abril de 2015. Archivado desde el original el 6 de junio de 2017. (Ruso) 
3. ↑ 1 2 3 4 Enciclopedia química, v. 5, 1998 , p. 12
4. ↑ 1 2 Munster A., ​​Termodinámica química, 1971 , p. 151.
5. ↑ Khachkuruzov G. A., Fundamentos de termodinámica general y química, 1979 , p. 132.
6. ↑ 1 2 Libro de oro de la IUPAC, 2014 , p. 1567.
7. ↑ Meyer K., Cristalografía fisicoquímica, 1972 , p. 133-134.
8. ↑ Bulidorova G. V. et al., Química Física, 2012 , p. 228.
9. ↑ Ivanova T. E., Termodinámica química y su aplicación en el negocio del petróleo y el gas, 2014 , p. 87.
10. ↑ Zhdanov L. S., Zhdanov G. L., Física, 1984 , p. 119.
11. ↑ Myakishev G. Ya., Sinyakov A. Z., Física. Física molecular. Termodinámica, 2010 , pág. 310.
12. ↑ Termodinámica. Conceptos básicos. Terminología. Designaciones de letras de cantidades, 1984 , p. 22
13. ↑ Novikov II, Termodinámica, 1984 , p. 215.
14. ↑ Romanyuk V.N. y otros, Trabajo de laboratorio (taller) en la disciplina "Termodinámica técnica", parte 2, 2003 , p. 21
15. ↑ Leonova V.F., Termodinámica, 1968 , p. 144.
16. ↑ 1 2 Glagolev K.V., Morozov A.N., Termodinámica física, 2007 , p. 241.
17. ↑ Haywood R., Termodinámica de los procesos de equilibrio, 1983 , p. 99
18. ↑ Termodinámica técnica. ed. E. I. Guygo, 1984 , pág. 146.
19. ↑ A. Munster, Termodinámica química, 1971 , p. 222.
20. ↑ 1 2 Zhdanov L. S., Zhdanov G. L., Física, 1984 , p. 121.
21. ↑ Bulidorova G. V. et al., Química Física, 2012 , p. 228.
22. ↑ Anselm A.I., Fundamentos de física estadística y termodinámica, 1973 , p. 227.
23. ↑ Meyer K., Cristalografía fisicoquímica, 1972 , p. 134.
24. ↑ Glagolev K.V., Morozov A.N., Termodinámica física, 2007 , p. 242.
25. ↑ Eisenberg D., Kauzman V., Estructura y propiedades del agua, 1975 , p. 95-96.
26. ↑ Rakovsky A.V. , Curso de química física, 1939 , p. 276.
27. ↑ Eremin E. N., Fundamentos de la termodinámica química, 1978 , p. 329.
28. ↑ Bobkova N. M., Química física de materiales refractarios, 2007 , p. 103.
29. ↑ Dritz M. E. et al., Propiedades de los elementos, 1985 .
30. ↑ Fedorov P.I. , Punto triple, 1998 , p. 12

Literatura

• Nic M., Jirat J., Kosata B., Jenkins A. Compendio de terminología química de la IUPAC (Libro dorado)  (inglés) . — 2.3.3. - Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, 2014. - 1622 p. — ISBN 0-9678550-9-8 .
• Anselm AI Fundamentos de física estadística y termodinámica. - M. : Nauka, 1973. - 424 p.
• Bobkova NM Química física de materiales refractarios no metálicos y de silicato. - Minsk: Escuela Superior, 2007. - 303 p. — ISBN 978-985-06-1389-9 .
• Bulidorova G. V., Galyametdinov Yu. G., Yaroshevskaya Kh. M., Barabanov V. P. Química física. - Kazán: Editorial Kazán. nacional investigar tecnología un-ta, 2012. - 396 p. - ISBN 978-5-7882-1367-5 .
• Glagolev KV, Morozov AN Termodinámica física. — 2ª ed., corregida. - M. : Editorial de MSTU im. N. E. Bauman, 2007. - 270 p. — (Física en la Universidad Técnica). - ISBN 978-5-7038-3026-0 .
• Drits M. E., Budberg P. B., Burkhanov G. S., Drits A. M., Panovko V. M. Propiedades de los elementos. Directorio / Bajo el general. edición profe. M. E. Dritsa. - M. : Metalurgia, 1985. - 672 p.
• Eremin EN Fundamentos de termodinámica química. - 2ª ed. - M. : Escuela Superior, 1978. - 392 p.
• Zhdanov L. S., Zhdanov G. L. Física para instituciones de educación secundaria especial. - 4ª ed., rev. — M .: Nauka, 1984. — 512 p.
• Ivanova T.E. Termodinámica química y su aplicación en el negocio del petróleo y el gas. - Tyumen: Tsogu, 2014. - 146 p. - ISBN 978-5-9961-0925-8 .
• Meyer K. Cristalografía física y química. — Por. con él. O. P. Nikitina. - Ed. E. D. Schukina y B. D. Sum. - M. : Metalurgia, 1972. - 480 p.
• Termodinámica Leonova VF . - M. : Escuela Superior, 1968. - 159 p.
• Myakishev G. Ya., Sinyakov A. Z. Física. Física molecular. Termodinámica. Grado 10. nivel de perfil. - 12ª ed., estereotipo.. - M. : Avutarda, 2010. - 349 p. - ISBN 978-5-358-08873-3 .
• Munster A. Termodinámica química. — M .: Mir, 1971. — 296 p.
• Novikov I. I. Termodinámica. - M. : Mashinostroenie, 1984. - 592 p.
• Rakovsky A.V. Curso de química física. - M. : Goshimizdat , 1939. - 544 p.
• Romanyuk V. N., Tomkunas E. V., Bauk I. V., Tarasevich L. V. Trabajo de laboratorio (taller) en la disciplina "Termodinámica técnica" para estudiantes de especialidades de energía térmica. En 4 partes. Parte 2. Gas real. - Minsk: BelNTU, 2003. - 104 p.
• Termodinámica. Conceptos básicos. Terminología. Designaciones de letras de cantidades / Resp. edición I. I. Novikov. - Academia de Ciencias de la URSS. Comité de Terminología Científica y Técnica. Colección de definiciones. Tema. 103. - M. : Nauka, 1984. - 40 p.
• Termodinámica técnica / Ed. profe. E. I. Guygo. - 2ª ed. - L. : Editorial Leningrado. un-ta, 1984. - 296 p.
• Fedorov P. I. Punto triple  // Enciclopedia química . - Gran Enciclopedia Rusa , 1998. - V. 5: Triptófano - Iatroquímica . - S. 12 . (Ruso)
• Khachkuruzov GA Fundamentos de termodinámica general y química. - M. : Escuela superior, 1979. - 268 p.
• Haywood R. Termodinámica de los procesos de equilibrio. Guía para ingenieros y científicos. — M .: Mir, 1983. — 493 p.
• Enciclopedia Química / Cap. edición N. S. Zefirov . - M .: Gran Enciclopedia Rusa , 1998. - V. 5: Triptófano - Iatroquímica. — 783 pág. — ISBN 5-85270-310-9 .
• Eisenberg D., Kautsman V. Estructura y propiedades del agua. - L. : Gidrometeoizdat, 1975. - 280 p.

Enlaces externos

• Definición de Kelvin en BIPM  
• K. V. Glagolev, A. N. Morozov. Diagramas de estado