موسوعة الكيمياء : النقطة الثلاثية

النقطة الثلاثية

في الديناميكا الحرارية تعني النقطة الثلاثية أيضا نقطة الحالات الثلاثة للمادة : الحالة الصلبة، والحالة السائلة، والحالة الغازية، حيث تتوجد تلك الحالات الثلاث عند نقطة معينة من درجة الحرارة والضغط، مع ثبات الحجم، وتكون تلك الحالات للمادة في حالة اتزان عند تلك النقطة. وتتميز كل مادة بنقطتها الثلاثية الخاصة بها طبقا لخواصها الطبيعية والكيميائية.

وهذا يعني أنه بالنسبة للماء، يتواجد الماء والبخار والثلج جميعا عند النقطة الثلاثية بدون أن تتغير نسبة تواجدهم. ويحدث ان بتبخر الثلج مباشرة إلى بخار بدون أن يتحول أولا إلى ماء عم إلى بخار، وذلك ما يُعرف بالتسامي، كما يمكن عند تلك النقطة تحول السائل إلى بخار، والثلج إلى ماء. كما يمكن للثلاثة عمليات العكسية أن تحدث في نفس الوقت، وهذا ما يعني أن الثلاثة حالات توجد في حالة اتزان. أي يمكن للماء في نفس الوقت أن يتحول إلى ثلج، والبخار إلى ثلج وماء. والمهم هنا أن الكمية من كل حالة تظل ثابتة لا تتغير. أما عند خفض درجة الحرارة عن تلك الدرجة أو رفع الضغط عن تلك النقطة الثلاثية فتظل الثلاثة حالات موجودة مع تغير نسبها. وبحسب تغييرنا لتلك الظروف من درجة حرارة وتغيير للضغط، تبدأ إحدى الحالات في الاختفاء ويتبقى حالتين اثنتين في حالة إتزان. فمثلا عند رفع درجة الحرارة ورفع الضغط عن النقطة الثلاثية، تبدأ مرحلة اختفاء الثلج ويصبح الماء والبخار في حالة التوازن، وهذا طبقا لمسار الخط الازرق في الشكل :مخطط الطور.

النقطة الثلاثية للماء

اتفق عالميا عام في عام 1976 على اعتبار النقطة الثلاثية للماء عند ضغط 611,657 باسكال (يعادل 006و0 بار أو 006و0 ضغط جوي، ودرجة حرارة 273,16 كلفن (تعادل 0,01 درجة مئوية).

وهي تُتخذ لمعايرة الترمومترات.

قاعدة جيبس لحالات المادة

وضع جيبس القاعدة التالية للنقطة الثلاثية ووصف عدد حالات المادة :

f = N − P + 2

حيث:

f عدد الإمكانيات للمادة أن تظهر في حالات مختلفة، عندما تكون N = 1 لمادة واحدة (نقية) تكون P = 3 (أي ثلاثة حالات)، ذلك لأنه طبقا للقاعدة f == 0 عند النقطة الثلاثية.

وهذا يعني أنه عند تغيير أحد الإحداثيات (درجة الحرارة أو الضغط أو الحجم) عند النقطة الثلاثية، يخرج النظام من حالة الاتزان. وهذا هو تفسير عدم وجود نظام ذو 4 حالات للمادة، يمكن تواجدها جميعا في نقطة واحدة. (يستلزم ذلك أن تكون f == −1 .)

نقط للمعايرة

تجعل انفرادية النقطة الثلاثية خاصة هامة لمعايرة الترمومترات، حيث تتخذ عدة نقاط ثلاثية لمواد مواد عالية النقاوة لإجراء المعايرة. من تلك المواد :

النقطة الثلاثية للزئبق 234,31560 كلفن (تعادل -38,83440 درجة مئوية وضغط 437,96808 باسكال،

النقطة الثلاثية للماء 273,16000 كلفن (تعادل 0,01000 درجة مئوية)، وضغط 611,657 باسكال