Triple Point: Karakteristik Air, Cyclohexane dan Benzene
Triple point adalah istilah dalam bidang termodinamika yang mengacu pada suhu dan tekanan di mana ada tiga fase zat secara simultan dalam keadaan kesetimbangan termodinamika. Titik ini ada untuk semua zat, meskipun kondisi di mana mereka diperoleh sangat bervariasi antara masing-masing.
Triple point juga dapat melibatkan lebih dari satu fase dari jenis yang sama untuk zat tertentu; yaitu, bahwa dua fase berbeda dari padat, fluida atau gas diamati. Helium, khususnya helium-4 isotopnya, adalah contoh yang baik dari titik tripel yang melibatkan dua fase cairan individu: cairan normal dan cairan superfluid.
Karakteristik dari triple point
Tiga titik air digunakan untuk mendefinisikan Kelvin, unit dasar dari suhu termodinamika dalam sistem satuan internasional (SI). Nilai ini ditetapkan berdasarkan definisi alih-alih diukur.
Titik rangkap tiga dari masing-masing zat dapat diamati dengan menggunakan diagram fase, yang merupakan grafik diplot yang memungkinkan menunjukkan kondisi pembatas fase padat, cair, gas (dan lain-lain, dalam kasus khusus) suatu zat sementara mereka melakukan perubahan suhu, tekanan dan / atau kelarutan.
Suatu zat dapat ditemukan pada titik leburnya di mana zat padat bertemu cairan; Itu juga dapat ditemukan pada titik didih dimana cairan bertemu dengan gas. Namun, itu adalah pada titik tripel di mana ketiga fase dicapai. Diagram ini akan berbeda untuk setiap zat, seperti yang akan dilihat nanti.
Titik tripel dapat digunakan secara efektif dalam kalibrasi termometer, memanfaatkan sel-sel titik tripel.
Ini adalah sampel zat dalam kondisi terisolasi (dalam "sel" kaca) yang berada pada titik tripelnya dengan kondisi suhu dan tekanan yang diketahui, dan dengan demikian memudahkan studi tentang akurasi pengukuran termometer.
Studi tentang konsep ini juga telah digunakan dalam eksplorasi planet Mars, di mana ia mencoba untuk mengetahui tingkat laut selama misi yang dilakukan pada dekade tahun 1970-an.
Tiga titik air
Kondisi tepat dari tekanan dan suhu di mana air hidup berdampingan dalam tiga fase dalam kesetimbangan - air cair, es dan uap - terjadi pada suhu tepat 273, 16 K (0, 01 ° C) dan tekanan uap parsial dari 611.656 pascals (0, 00603659 atm).
Pada titik ini dimungkinkan untuk mengubah bahan ke salah satu dari tiga fase dengan sedikit perubahan suhu atau tekanan. Meskipun tekanan total sistem dapat berada di atas yang diperlukan untuk titik tripel, jika tekanan parsial uap berada pada 611.656 Pa, sistem akan mencapai titik tripel secara merata.
Dimungkinkan untuk mengamati pada gambar sebelumnya representasi dari titik rangkap (atau titik rangkap, dalam bahasa Inggris) dari suatu zat yang diagramnya mirip dengan air, sesuai dengan suhu dan tekanan yang diperlukan untuk mencapai nilai ini.
Dalam hal air, titik ini sesuai dengan tekanan minimum di mana air cair dapat ada. Pada tekanan kurang dari titik tripel ini (misalnya, dalam ruang hampa) dan ketika pemanasan tekanan konstan digunakan, es padat akan mengkonversi langsung ke uap air tanpa melewati cairan; Ini adalah proses yang disebut sublimasi.
Di luar tekanan minimum ini (P tp ), es pertama-tama akan meleleh untuk membentuk air cair, dan baru kemudian es itu menguap atau mendidih untuk membentuk uap.
Untuk banyak zat, nilai suhu pada titik tripelnya adalah suhu minimum di mana fase cair dapat eksis, tetapi ini tidak terjadi dalam kasus air. Untuk air hal ini tidak terjadi, karena titik leleh es berkurang tergantung pada tekanan, seperti yang ditunjukkan oleh garis putus-putus hijau pada gambar sebelumnya.
Dalam fase tekanan tinggi air memiliki diagram fase yang cukup kompleks, di mana lima belas fase es yang diketahui ditampilkan (pada suhu dan tekanan yang berbeda), di samping sepuluh titik rangkap tiga yang divisualisasikan dalam gambar berikut:
Dapat dicatat bahwa, di bawah kondisi tekanan tinggi, es dapat ada dalam kesetimbangan dengan cairan; Diagram menunjukkan bahwa titik leleh meningkat dengan tekanan. Pada suhu rendah yang konstan dan tekanan yang meningkat, uap dapat dikonversi langsung menjadi es, tanpa melalui fase cair.
Berbagai kondisi yang terjadi di planet-planet di mana titik rangkap telah dipelajari (Bumi di permukaan laut dan di daerah khatulistiwa Mars) juga diwakili dalam diagram ini.
Diagram memperjelas bahwa titik tripel bervariasi tergantung pada lokasi karena alasan tekanan atmosfer dan suhu, dan tidak hanya oleh intervensi eksperimen.
Tiga titik sikloheksana
Cyclohexane adalah cycloalkane yang memiliki rumus molekul C 6 H 12 . Zat ini memiliki kekhasan memiliki kondisi titik tiga yang dapat dengan mudah direproduksi, seperti dalam kasus air, karena titik ini terletak pada suhu 279, 47 K dan tekanan 5.388 kPa.
Dalam kondisi ini, senyawa tersebut telah diamati mendidih, mengeras, dan meleleh dengan sedikit perubahan suhu dan tekanan.
Triple point Benzene
Dalam kasus yang mirip dengan sikloheksana, benzena (senyawa organik dengan rumus kimia C 6 H 6 ) telah dengan mudah mereproduksi kondisi titik rangkap tiga di laboratorium.
Nilainya adalah 278, 5 K dan 4, 83 kPa, sehingga juga umum untuk bereksperimen dengan komponen ini di tingkat pemula.
