त्रिक बिन्दु: Difference between revisions

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Latest revision as of 17:08, 13 June 2023

For other uses, see ट्राइपॉइंट and ट्राइपॉइंट (विसंदिग्धीकरण).
एक विशिष्ट प्रावस्था आरेख। अधिकांश पदार्थों पर ठोस हरी रेखा लागू होती है; असतत (डैशड) हरी रेखा जल के विषम व्यवहार को दर्शाती है

ऊष्मागतिकी के अनतर्गत, किसी पदार्थ का त्रिक बिंदु (ट्रिपल प्वाइंट) वह तापमान और दाब होता है जिस पर उस पदार्थ की तीन अवस्थाएं (गैस, द्रव और ठोस) ऊष्मागतिकीय संतुलन में सह-अस्तित्व में होते हैं।[1] यह उस तापमान और दाब को कहा जाता है जहां उर्ध्वपातन, संलयन और वाष्पीकरण के ग्राफ़ एकत्र होते हैं। उदाहरण के लिए, पारा का त्रिक बिंदु −38.8 °C (−37.8 °F) के तापमान और 0.165 mPa के दाब पर होता है।

द्रव्य के ठोस, द्रव और गैसीय अवस्थाओं के त्रिक बिंदु के अतिरिक्त, कई पॉलीमॉर्फ्स वाले द्रव्यों के लिए त्रिक बिंदु में एक से अधिक ठोस अवस्था सम्मिलित हो सकती है। हीलियम-4 इस मायने में असामान्य है कि इसमें कोई ऊर्ध्वपातन/ निक्षेपण वक्र नहीं होता है, अतः इसका ऐसा कोई त्रिक बिंदु नहीं होता जहाँ इसकी ठोस अवस्था अपनी गैस अवस्था से मिलती है। इसके स्थान पर, इसमें वाष्प-द्रव-अतिद्रव-बिंदु, ठोस-द्रव-अतिद्रव-बिंदु, ठोस-ठोस-द्रव-बिंदु, और एक ठोस-ठोस-अतिद्रव-बिंदु होता है। इनमें से किसी को भी लैम्ब्डा बिंदु के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए, जो किसी भी प्रकार का त्रिक बिंदु नहीं होता है।

जल का त्रिक बिंदु को आंतरराष्ट्रीय माप मापन प्रणाली (SI) में ऊष्मागतिक तापमान की मूल इकाई केल्विन को परिभाषित करने के लिए उपयोग किया गया था।[2] जल के त्रिक बिंदु के मान की परिभाषा के द्वारा निश्चित की गई थी मापन के बजाये, लेकिन 2019 की नई परिभाषा के साथ इसमें परिवर्तन हुआ। कई पदार्थों के त्रिक बिंदु्स का उपयोग आंतर्राष्ट्रीय तापमान पैमाने ITS-90 में बिंदुओं को परिभाषित करने के लिए किया जाता है, जो हाइड्रोजन के त्रिक बिंदु (13.8033 केल्विन) से जल के त्रिक बिंदु (273.16 केल्विन, 0.01 °C या 32.018 °F) तक हो सकते हैं।

शब्द "त्रिक बिंदु" 1873 में लॉर्ड केल्विन के भाई जेम्स थॉमसन द्वारा गढ़ा गया था।[3]

जल का त्रिक बिंदु

गैस-द्रव-ठोस त्रिक बिंदु

See also: जल के गुणधर्म § ट्रिपल प्वाइंट
वैक्यूम पंप का उपयोग करके जल 0°C पर उबलता है।

तरल जल, ठोस बर्फ और जल वाष्प को साम्यावस्था में सह-अस्तित्व में होने वाला दाब और तापमान का एकमात्र संयोजन प्रायः 273.1600 K (0.0100 °C; 32.0180 °F) और 611.657 pascals (6.11657 mbar; 0.00603659 atm) के आंशिक वाष्प दाब पर होता है।[4][5] उस बिंदु पर, दाब और तापमान में अनियमित छोटे परिवर्तन करके सम्पूर्ण पदार्थ को बर्फ, जल या वाष्प में परिवर्तित करना संभव होता है। यदि किसी प्रणाली का कुल दाब जल के त्रिक बिंदु से बहुत उच्च हो, फिर भी यदि जल वाष्प का आंशिक दबाव 611.657 पास्कल है, तो प्रणाली को फिर भी जल के त्रिक बिंदु तक ले जाया जा सकता है। वास्तव में, अलग-अलग अवस्थाओं के बीच विभाजक सतहें भी पूरी तरह से समतल होनी चाहिए, पृष्ठ तनाव के प्रभाव को नष्ट करने के लिए।

उस न्यूनतम दाब पर जिस पर तरल जल विद्यामान हो सकता है, वह जल के त्रिक बिंदु के बराबर होता है, जहां गैस, द्रव और ठोस अवस्थाएं सहसंघ बना सकती हैं। त्रिक बिंदु से कम दाब (जैसे कि आउटर स्पेस में) पर जब ठोस बर्फ को नियत दाब पर गर्म किया जाता है, तो उसे उर्ध्वपातन प्रक्रिया के द्वारा सीधे जल वाष्प में परिवर्तित किया जाता है। त्रिक बिंदु से ऊपर, ठोस बर्फ को नियत दाब पर गर्म करने पर, यह सर्वप्रथम तरल जल के रूप में पिघलता है, और फिर बाद में वाष्प में परिवर्तित हो जाता है या उच्च तापमान पर वाष्प बनाने के लिए वाष्पित या उबलता है।

अधिकांश पदार्थों के लिए, गैस-द्रव-ठोस त्रिक बिंदु, तरल के विद्यामान होने का न्यूनतम तापमान भी होता है। हालांकि, जल के लिए यह सत्य नहीं है क्योंकि साधारण बर्फ का गलनांक दाब के फलन के रूप में कम होता है, जैसा कि फेज आरेख में असतत (डैश्ड) हरी रेखा द्वारा दिखाया गया है। त्रिक बिंदु से कुछ समय तक तापमानों में, नियत तापमान पर संपीड़न द्वारा जल वाष्प को सबसे पहले ठोस में परिवर्तित करता है और फिर तरल (जल के बर्फ का घनत्व तरल जल की तुलना में कम होता है, अतः दाब में वृद्धि करने से द्रवीकरण होता है)।

मंगल ग्रह की मेरिनर 9 मिशन के दौरान जल का त्रिक बिंदु दाब "समुद्री स्तर" को परिभाषित करने के लिए में संदर्भ बिंदु के रूप में उपयोग किया गया था। हाल के मिशन मंगल पर ऊंचाई को परिभाषित करने के लिए दाब के बजाय लेजर अल्टीमेट्री और गुरुत्वाकर्षण माप का उपयोग करते हैं।[6]

उच्च दाब प्रावस्था

उच्च दाब में, जल का जटिल प्रावस्था आकृति होती है जिसमें 15 ज्ञात बर्फ के प्रावस्थाएं और कई त्रिक बिंदु्स होते हैं, जिनमें से 10 के निर्देशांकों को चार्ट में दिखाए गया  हैं। उदाहरण के लिए, 251 K (-22 °C) और 210 MPa (2070 atm) पर त्रिक बिंदु बर्फ Ih (साधारण बर्फ), बर्फ III और तरल जल की सहसंघ स्थितियों के लिए पर्याप्त होता है, जहाँ सभी संतुलन में होते हैं। तीन ठोस प्रावस्थाओं के सह-अस्तित्व के लिए भी त्रिक बिंदु्स होते हैं, उदाहरण के लिए, 218 K (-55 °C) और 620 MPa (6120 atm) पर बर्फ II, बर्फ V और बर्फ VI की सहसंघ स्थितियों के लिए।

उन उच्च दाब वाले बर्फ के रूप में जो तरल के संतुलन में विद्यामान हो सकते हैं, आरेख में दिखाया गया है कि गलनांक दाब के साथ बढ़ते हैं। 273 K (0 °C) से ऊपर के तापमानों में, जल वाष्प पर दाब बढ़ाने से पहले तरल जल और फिर उच्च दाब बर्फ के रूप में परिणाम प्राप्त होता है। 251–273 K की सीमा में, सर्वप्रथम बर्फ I बनती है, उसके पश्चात तरल जल और फिर बर्फ III या बर्फ V, और उसके पश्चात अन्य और भी अधिक सघन उच्च दबाव वाले रूप बनते हैं।

जल के प्रावस्था आरेख में उच्च दाब वाले रूप जैसे बर्फ II, बर्फ III आदि को सम्मिलित  करता हुआ चित्रण नीचे दिखाया गया है। दाब अक्ष का लघुगणक होता है। इन चरणों के विस्तृत वर्णनों के लिए, 'बर्फ' देखें।
जल के विभिन्न त्रिक बिंदु्स
साम्यावस्था में प्रावस्थाऐं दाब तापमान
तरल जल, बर्फ Ih, और जल वाष्प 611.657 Pa[7] 273.16 K (0.01 °C)

तरल जल, बर्फ Ih, और बर्फ III

209.9 MPa 251 K (−22 °C)
तरल जल, बर्फ III, और बर्फ V

350.1 MPa

−17.0 °C
तरल जल, बर्फ V, और बर्फ VI 632.4 MPa 0.16 °C
बर्फ Ih, बर्फ II, और बर्फ III 213 MPa −35 °C
बर्फ II, बर्फ III, और बर्फ V 344 MPa −24 °C
बर्फ II, बर्फ V, और बर्फ VI 626 MPa −70 °C

ट्रिपल-पॉइंट सेल

त्रिक बिंदु सेल्स को तापमापकों के अंशांकन में उपयोग किया जाता है। यथार्थ मापकर्म में, त्रिक बिंदु सेल्स सामान्यतः उच्चतम शुद्ध रासायनिक पदार्थ से भरा जाता है, जैसे हाइड्रोजन, आर्गन, मर्क्युरी, या पानी (जो चाहे उच्चतम तापमान हो)। इन पदार्थों की शुद्धता इतनी होती है कि एक मिलियन में से केवल एक भाग ही संदूषित पदार्थ (कंटामिनेंट) होता है, जिसे "सिक्स नाईन्स" कहा जाता है क्योंकि यह 99.9999% शुद्ध होता है। त्रिक बिंदु के क्षीण  परिवर्तनों के कारण जैविक आवश्यकता के आधार पर विशेष समस्थानिक संघटन (जल के लिए, वीएसएमओडब्ल्यू) का उपयोग किया जाता है। त्रिक बिंदु सेल्स इतना प्रभावी होता हैं कि तापमान मापकों के अंतर्राष्ट्रीय मानक कार्यक्रम आईटीएस-90 में हाइड्रोजन, नीयॉन, ऑक्सीजन, आर्गन, मर्क्युरी, और जल के त्रिक बिंदु सेल्स का उपयोग छह परिभाषित तापमान स्थानों का निर्धारण करने के लिए किया जाता है।

त्रिक बिंदुओं की तालिका

यह तालिका कई पदार्थों के गैस-द्रव-ठोस त्रिक बिंदु को सूचीबद्ध करती है। यदि अन्यथा निर्दिष्ट नहीं किया गया हो, तो डेटा अमेरिकी राष्ट्रीय मानक ब्यूरो (अब एनआईएसटी, राष्ट्रीय मानक एवं प्रौद्योगिकी संस्थान) से प्राप्त हुआ है।[8]

पदार्थ T [K] (°C)

p [kPa]* (atm)

एसिटिलीन 192.4 K (−80.7 °C) 120 kPa (1.2 atm)
अमोनिया 195.40 K (−77.75 °C) 6.060 kPa (0.05981 atm)
आर्गन 83.8058 K (−189.3442 °C) 68.9 kPa (0.680 atm)
आर्सेनिक 1,090 K (820 °C) 3,628 kPa (35.81 atm)
ब्यूटेन[9] 134.6 K (−138.6 °C) 7×10−4 kPa (6.9×10−6 atm)
कार्बन (ग्रेफाइट) 4,765 K (4,492 °C) 10,132 kPa (100.00 atm)
कार्बन डाईऑक्साइड 216.55 K (−56.60 °C) 517 kPa (5.10 atm)
कार्बन मोनोआक्साइड 68.10 K (−205.05 °C) 15.37 kPa (0.1517 atm)
क्लोरोफार्म 175.43 K (−97.72 °C)[citation needed] 0.870 kPa (0.00859 atm)[citation needed]
Deuterium 18.63 K (−254.52 °C) 17.1 kPa (0.169 atm)
ईथेन 89.89 K (−183.26 °C) 1.1×10−3 kPa (1.1×10−5 atm)
एथेनॉल[10] 150 K (−123 °C) 4.3×10−7 kPa (4.2×10−9 atm)
इथाइलीन 104.0 K (−169.2 °C) 0.12 kPa (0.0012 atm)
फॉर्मिक अम्ल[11] 281.40 K (8.25 °C) 2.2 kPa (0.022 atm)
हीलियम-4 हीलियम-4 (वाष्प-He-I-He-II)[12] 2.1768 K (−270.9732 °C) 5.048 kPa (0.04982 atm)
हीलियम-4 (hcp−bcc−He-II)[13] 1.463 K (−271.687 °C) 26.036 kPa (0.25696 atm)
हीलियम-4 (bcc−He-I−He-II)[13] 1.762 K (−271.388 °C) 29.725 kPa (0.29336 atm)
हीलियम-4 (hcp−bcc−He-I)[13] 1.772 K (−271.378 °C) 30.016 kPa (0.29623 atm)
हेक्साफ्लोरोइथेन[14] 173.08 K (−100.07 °C) 26.60 kPa (0.2625 atm)
हाइड्रोजन 13.8033 K (−259.3467 °C) 7.04 kPa (0.0695 atm)
हाइड्रोजन-1 (Protium)[15] 13.96 K (−259.19 °C) 7.18 kPa (0.0709 atm)
हाइड्रोजन क्लोराइड 158.96 K (−114.19 °C) 13.9 kPa (0.137 atm)
आयोडीन[16] 386.65 K (113.50 °C) 12.07 kPa (0.1191 atm)
आइसोबुटेन[17] 113.55 K (−159.60 °C) 1.9481×10−5 kPa (1.9226×10−7 atm)
क्रिप्टन 115.76 K (−157.39 °C) 74.12 kPa (0.7315 atm)
पारा 234.3156 K (−38.8344 °C) 1.65×10−7 kPa (1.63×10−9 atm)
मीथेन 90.68 K (−182.47 °C) 11.7 kPa (0.115 atm)
नियॉन 24.5561 K (−248.5939 °C) 43.332 kPa (0.42765 atm)
नाइट्रिक ऑक्साइड 109.50 K (−163.65 °C) 21.92 kPa (0.2163 atm)
नाइट्रोजन 63.18 K (−209.97 °C) 12.6 kPa (0.124 atm)
नाइट्रस ऑक्साइड 182.34 K (−90.81 °C) 87.85 kPa (0.8670 atm)
ऑक्सीजन 54.3584 K (−218.7916 °C) 0.14625 kPa (0.0014434 atm)
पैलेडियम 1,825 K (1,552 °C) 3.5×10−3 kPa (3.5×10−5 atm)
प्लैटिनम 2,045 K (1,772 °C) 2×10−4 kPa (2.0×10−6 atm)
रेडॉन 202 K (−71 °C) 70 kPa (0.69 atm)
(मोनो) सिलेन[18] 88.48 K (−184.67 °C) 0.019644 kPa (0.00019387 atm)
सल्फर डाइऑक्साइड 197.69 K (−75.46 °C) 1.67 kPa (0.0165 atm)
टाइटेनियम 1,941 K (1,668 °C) 5.3×10−3 kPa (5.2×10−5 atm)
यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड 337.17 K (64.02 °C) 151.7 kPa (1.497 atm)
जल[4][5] 273.16 K (0.01 °C) 0.611657 kPa (0.00603659 atm)
ज़ेनॉन 161.3 K (−111.8 °C) 81.5 kPa (0.804 atm)
जिंक 692.65 K (419.50 °C) 0.065 kPa (0.00064 atm)

टिप्पणियाँ:

  • तुलना के लिए, सामान्य वायुमंडलीय दाब 101.325 kPa (1 atm) होता है।
  • एसआई इकाइयों की नई परिभाषा से पहले, जल का त्रिक बिंदु, 273.16 के, एक यथार्थ संख्या है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (1994) "Triple point". doi:10.1351/goldbook.T06502.
  2. ↑ Definition of the kelvin at BIPM.
  3. ↑ James Thomson (1873) "A quantitative investigation of certain relations between the gaseous, the liquid, and the solid states of water-substance", Proceedings of the Royal Society, 22 : 27–36. From a footnote on page 28: " … the three curves would meet or cross each other in one point, which I have called the triple point".
  4. ↑ 4.0 4.1 International Equations for the Pressure along the Melting and along the Sublimation Curve of Ordinary Water Substance. W. Wagner, A. Saul and A. Pruss (1994), J. Phys. Chem. Ref. Data, 23, 515.
  5. ↑ 5.0 5.1 Murphy, D. M. (2005). "वायुमंडलीय अनुप्रयोगों के लिए बर्फ और सुपरकूल्ड पानी के वाष्प दबावों की समीक्षा". Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 131 (608): 1539–1565. Bibcode:2005QJRMS.131.1539M. doi:10.1256/qj.04.94. S2CID 122365938.
  6. ↑ Carr, Michael H. (2007). मंगल की सतह. Cambridge University Press. p. 5. ISBN 978-0-521-87201-0.
  7. ↑ Murphy, D. M. (2005). "Review of the vapour pressures of ice and supercooled water for atmospheric applications". Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 131 (608): 1539–1565. Bibcode:2005QJRMS.131.1539M. doi:10.1256/qj.04.94. S2CID 122365938.
  8. ↑ Cengel, Yunus A.; Turner, Robert H. (2004). थर्मल-द्रव विज्ञान के मूल तत्व. Boston: McGraw-Hill. p. 78. ISBN 0-07-297675-6.
  9. ↑ See Butane (data page)
  10. ↑ See Ethanol (data page)
  11. ↑ See Formic acid (data page)
  12. ↑ Donnelly, Russell J.; Barenghi, Carlo F. (1998). "The Observed Properties of Liquid Helium at the Saturated Vapor Pressure". Journal of Physical and Chemical Reference Data. 27 (6): 1217–1274. Bibcode:1998JPCRD..27.1217D. doi:10.1063/1.556028.
  13. ↑ 13.0 13.1 13.2 Hoffer, J. K.; Gardner, W. R.; Waterfield, C. G.; Phillips, N. E. (April 1976). "Thermodynamic properties of 4He. II. The bcc phase and the P-T and VT phase diagrams below 2 K". Journal of Low Temperature Physics. 23 (1): 63–102. Bibcode:1976JLTP...23...63H. doi:10.1007/BF00117245. S2CID 120473493.
  14. ↑ See Hexafluoroethane (data page)
  15. ↑ "Protium | isotope | Britannica".
  16. ↑ Walas, S. M. (1990). Chemical Process Equipment – Selection and Design. Amsterdam: Elsevier. p. 639. ISBN 0-7506-7510-1.
  17. ↑ See Isobutane (data page)
  18. ↑ "Silane-Gas Encyclopedia". Gas Encyclopedia. Air Liquide.


बाहरी संबंध

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