त्रिक बिन्दु

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एक विशिष्ट चरण आरेख। ठोस हरी रेखा अधिकांश पदार्थों पर लागू होती है; धराशायी हरी रेखा पानी के विषम व्यवहार को दर्शाती है

ऊष्मप्रवैगिकी में, किसी पदार्थ का त्रिगुण बिंदु वह तापमान और दबाव होता है जिस पर उस पदार्थ के तीन चरण (पदार्थ) (गैस, तरल और ठोस) थर्मोडायनामिक संतुलन में सह-अस्तित्व में होते हैं।[1] यह वह तापमान और दबाव है जिस पर उच्च बनाने की क्रिया (चरण संक्रमण), पिघलने और वाष्पीकरण वक्र मिलते हैं। उदाहरण के लिए, बुध का त्रिगुण बिंदु (तत्व) के तापमान पर होता है −38.8 °C (−37.8 °F) और 0.165 मिलीपास्कल (यूनिट) का दबाव।

ठोस, तरल और गैस चरणों के लिए ट्रिपल बिंदु के अलावा, एक ट्रिपल बिंदु में एक से अधिक ठोस चरण शामिल हो सकते हैं, कई बहुरूपता (सामग्री विज्ञान) वाले पदार्थों के लिए। हीलियम-4 इस मायने में असामान्य है कि इसमें कोई ऊर्ध्वपातन/निक्षेपण वक्र नहीं है और इसलिए कोई त्रिगुण बिंदु नहीं है जहां इसका ठोस चरण इसके गैस चरण से मिलता है। इसके बजाय, इसमें वाष्प-तरल-सुपरफ्लुइड बिंदु, ठोस-तरल-सुपरफ्लुइड बिंदु, ठोस-ठोस-तरल बिंदु और ठोस-ठोस-सुपरफ्लुइड बिंदु होता है। इनमें से किसी को भी लैम्ब्डा बिंदु के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए, जो किसी भी प्रकार का त्रिगुण बिंदु नहीं है।

[[इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली]] (SI) में थर्मोडायनामिक तापमान की SI आधार इकाई, केल्विन को परिभाषित करने के लिए पानी के ट्रिपल बिंदु का उपयोग किया गया था।[2] पानी के त्रिगुण बिंदु का मान माप के बजाय परिभाषा द्वारा तय किया गया था, लेकिन एसआई आधार इकाइयों की 2019 की पुनर्परिभाषा के साथ यह बदल गया। ITS-90 अंतर्राष्ट्रीय तापमान पैमाने में बिंदुओं को परिभाषित करने के लिए कई पदार्थों के त्रिगुण बिंदुओं का उपयोग किया जाता है, जो हाइड्रोजन के त्रिगुण बिंदु (13.8033 K) से लेकर जल के त्रिगुण बिंदु (273.16 K, 0.01 °C, या 32.018 F) तक होता है। .

ट्रिपल प्वाइंट शब्द 1873 में जेम्स थॉमसन (इंजीनियर), विलियम थॉमसन, प्रथम बैरन केल्विन के भाई द्वारा गढ़ा गया था।[3]

पानी का त्रिगुण बिंदु

गैस-तरल-ठोस ट्रिपल बिंदु

See also: Properties of water § Triple point
वैक्यूम पंप का उपयोग करके पानी 0°C पर उबलता है।

दबाव और तापमान का एकल संयोजन जिस पर तरल पानी, ठोस बर्फ और जल वाष्प एक स्थिर संतुलन में सह-अस्तित्व में हो सकते हैं, ठीक उसी पर होता है 273.1600 K (0.0100 °C; 32.0180 °F) और आंशिक वाष्प दाब 611.657 pascals (6.11657 mbar; 0.00603659 atm).[4][5] उस बिंदु पर, दबाव और तापमान में मनमाने ढंग से छोटे परिवर्तन करके पूरे पदार्थ को बर्फ, पानी या वाष्प में बदलना संभव है। भले ही सिस्टम का कुल दबाव पानी के तिहरे बिंदु से काफी ऊपर हो, बशर्ते कि जल वाष्प का आंशिक दबाव 611.657 पास्कल (इकाई) हो, तब भी सिस्टम को पानी के तिहरे बिंदु तक लाया जा सकता है। सख्ती से बोलते हुए, सतह के तनाव के प्रभाव को नकारने के लिए, विभिन्न चरणों को अलग करने वाली सतहों को भी पूरी तरह से सपाट होना चाहिए।

सबसे छोटा दबाव जिस पर तरल पानी मौजूद हो सकता है, वह पानी के त्रिगुण बिंदु के बराबर होता है, जिस पर गैस, तरल और ठोस चरण सह-अस्तित्व में हो सकते हैं। त्रिगुण बिंदु (बाह्य अंतरिक्ष के रूप में) के नीचे के दबावों पर, ठोस बर्फ जब निरंतर दबाव पर गरम किया जाता है, तो उच्च बनाने की क्रिया (चरण संक्रमण) के रूप में जाने वाली प्रक्रिया में सीधे जल वाष्प में परिवर्तित हो जाता है। त्रिगुण बिंदु से ऊपर, स्थिर दबाव पर गर्म करने पर ठोस बर्फ पहले तरल पानी बनाने के लिए पिघलती है, और फिर उच्च तापमान पर वाष्प बनाने के लिए वाष्पित या उबल जाती है।

अधिकांश पदार्थों के लिए गैस-तरल-ठोस ट्रिपल बिंदु भी न्यूनतम तापमान होता है जिस पर तरल मौजूद हो सकता है। पानी के लिए, हालांकि, यह सच नहीं है क्योंकि साधारण बर्फ का गलनांक दबाव के कार्य के रूप में घटता है, जैसा कि चरण आरेख में धराशायी हरी रेखा द्वारा दिखाया गया है। तिहरे बिंदु के ठीक नीचे के तापमान पर, स्थिर तापमान पर संपीड़न जल वाष्प को पहले ठोस और फिर तरल में बदल देता है (पानी की बर्फ का घनत्व तरल पानी की तुलना में कम होता है, इसलिए दबाव बढ़ने से द्रवीकरण होता है)।

समुद्र के स्तर को परिभाषित करने के लिए एक संदर्भ बिंदु के रूप में मंगल ग्रह के मेरिनर 9 मिशन के दौरान पानी के ट्रिपल बिंदु दबाव का उपयोग किया गया था। अधिक हाल के मिशन मंगल ग्रह पर ऊंचाई को परिभाषित करने के लिए दबाव के बजाय लेजर अल्टीमेट्री और गुरुत्वाकर्षण माप का उपयोग करते हैं।[6]

उच्च दबाव चरण

उच्च दबावों पर, पानी में 15 ज्ञात बर्फ # चरणों और कई तिहरे बिंदुओं के साथ एक जटिल चरण आरेख होता है, जिसमें 10 निर्देशांक आरेख में दिखाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, 251 K (-22 °C) और 210 MPa (2070 atm) पर तिहरा बिंदु बर्फ Ih (साधारण बर्फ), बर्फ III और तरल पानी के सह-अस्तित्व की शर्तों के अनुरूप है, सभी संतुलन पर हैं। तीन ठोस चरणों के सह-अस्तित्व के लिए तीन बिंदु भी हैं, उदाहरण के लिए 218 K (-55 °C) और 620 MPa (6120 atm) पर बर्फ II, बर्फ V और बर्फ VI।

बर्फ के उन उच्च दबाव वाले रूपों के लिए जो तरल के साथ संतुलन में मौजूद हो सकते हैं, आरेख से पता चलता है कि पिघलने के बिंदु दबाव से बढ़ते हैं। 273 K (0 °C) से ऊपर के तापमान पर, जल वाष्प पर दबाव बढ़ने से पहले तरल पानी और फिर बर्फ का एक उच्च दबाव वाला रूप बनता है। सीमा में 251–273 K, बर्फ I पहले बनता है, उसके बाद तरल पानी और फिर बर्फ III या बर्फ V, उसके बाद अन्य अभी भी सघन उच्च दबाव वाले रूप बनते हैं।

उच्च दाब सहित पानी का चरण आरेख बर्फ II, बर्फ III, आदि बनाता है। दबाव अक्ष लघुगणक है। इन चरणों के विस्तृत विवरण के लिए, Ice#Phases देखें।
The various triple points of water
Phases in stable equilibrium Pressure Temperature
liquid water, ice Ih, and water vapor 611.657 Pa[7] 273.16 K (0.01 °C)
liquid water, ice Ih, and ice III 209.9 MPa 251 K (−22 °C)
liquid water, ice III, and ice V 350.1 MPa −17.0 °C
liquid water, ice V, and ice VI 632.4 MPa 0.16 °C
ice Ih, Ice II, and ice III 213 MPa −35 °C
ice II, ice III, and ice V 344 MPa −24 °C
ice II, ice V, and ice VI 626 MPa −70 °C

ट्रिपल-पॉइंट सेल

थर्मामीटर के अंशांकन में ट्रिपल-पॉइंट सेल का उपयोग किया जाता है। सटीक कार्य के लिए, ट्रिपल-पॉइंट सेल आमतौर पर हाइड्रोजन, आर्गन, मरकरी या पानी (वांछित तापमान के आधार पर) जैसे अत्यधिक शुद्ध रासायनिक पदार्थ से भरे होते हैं। इन पदार्थों की शुद्धता इतनी हो सकती है कि एक लाख में केवल एक भाग दूषित होता है, जिसे सिक्स नाइन कहा जाता है क्योंकि यह 99.9999% शुद्ध होता है। एक विशिष्ट आइसोटोप रचना (पानी के लिए, वियना स्टैंडर्ड मीन ओशन वाटर) का उपयोग किया जाता है क्योंकि समस्थानिक संरचना में भिन्नता के कारण त्रिगुण बिंदु में छोटे परिवर्तन होते हैं। ट्रिपल-पॉइंट सेल अत्यधिक सटीक, प्रजनन योग्य तापमान प्राप्त करने में इतने प्रभावी हैं, कि थर्मामीटर के लिए एक अंतरराष्ट्रीय अंशांकन मानक जिसे 1990 का अंतर्राष्ट्रीय तापमान स्केल कहा जाता है। ITS-90 हाइड्रोजन, नियोन, ऑक्सीजन, आर्गन, पारा (तत्व ), और पानी (अणु) इसके परिभाषित तापमान बिंदुओं में से छह को चित्रित करने के लिए।

तिहरे बिंदुओं की तालिका

यह तालिका कई पदार्थों के गैस-तरल-ठोस त्रिगुण बिंदुओं को सूचीबद्ध करती है। जब तक अन्यथा उल्लेख नहीं किया जाता है, डेटा यू.एस. राष्ट्रीय मानक ब्यूरो (अब एनआईएसटी, राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान) से आते हैं।[8]

Substance T [K] (°C) p [kPa]* (atm)
Acetylene 192.4 K (−80.7 °C) 120 kPa (1.2 atm)
Ammonia 195.40 K (−77.75 °C) 6.060 kPa (0.05981 atm)
Argon 83.8058 K (−189.3442 °C) 68.9 kPa (0.680 atm)
Arsenic 1,090 K (820 °C) 3,628 kPa (35.81 atm)
Butane[9] 134.6 K (−138.6 °C) 7×10−4 kPa (6.9×10−6 atm)
Carbon (graphite) 4,765 K (4,492 °C) 10,132 kPa (100.00 atm)
Carbon dioxide 216.55 K (−56.60 °C) 517 kPa (5.10 atm)
Carbon monoxide 68.10 K (−205.05 °C) 15.37 kPa (0.1517 atm)
Chloroform 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)
Ethane 89.89 K (−183.26 °C) 1.1×10−3 kPa (1.1×10−5 atm)
Ethanol[10] 150 K (−123 °C) 4.3×10−7 kPa (4.2×10−9 atm)
Ethylene 104.0 K (−169.2 °C) 0.12 kPa (0.0012 atm)
Formic acid[11] 281.40 K (8.25 °C) 2.2 kPa (0.022 atm)
Helium-4 (vapor−He-I−He-II)[12] 2.1768 K (−270.9732 °C) 5.048 kPa (0.04982 atm)
Helium-4 (hcp−bcc−He-II)[13] 1.463 K (−271.687 °C) 26.036 kPa (0.25696 atm)
Helium-4 (bcc−He-I−He-II)[13] 1.762 K (−271.388 °C) 29.725 kPa (0.29336 atm)
Helium-4 (hcp−bcc−He-I)[13] 1.772 K (−271.378 °C) 30.016 kPa (0.29623 atm)
Hexafluoroethane[14] 173.08 K (−100.07 °C) 26.60 kPa (0.2625 atm)
Hydrogen 13.8033 K (−259.3467 °C) 7.04 kPa (0.0695 atm)
Hydrogen-1 (Protium)[15] 13.96 K (−259.19 °C) 7.18 kPa (0.0709 atm)
Hydrogen chloride 158.96 K (−114.19 °C) 13.9 kPa (0.137 atm)
Iodine[16] 386.65 K (113.50 °C) 12.07 kPa (0.1191 atm)
Isobutane[17] 113.55 K (−159.60 °C) 1.9481×10−5 kPa (1.9226×10−7 atm)
Krypton 115.76 K (−157.39 °C) 74.12 kPa (0.7315 atm)
Mercury 234.3156 K (−38.8344 °C) 1.65×10−7 kPa (1.63×10−9 atm)
Methane 90.68 K (−182.47 °C) 11.7 kPa (0.115 atm)
Neon 24.5561 K (−248.5939 °C) 43.332 kPa (0.42765 atm)
Nitric oxide 109.50 K (−163.65 °C) 21.92 kPa (0.2163 atm)
Nitrogen 63.18 K (−209.97 °C) 12.6 kPa (0.124 atm)
Nitrous oxide 182.34 K (−90.81 °C) 87.85 kPa (0.8670 atm)
Oxygen 54.3584 K (−218.7916 °C) 0.14625 kPa (0.0014434 atm)
Palladium 1,825 K (1,552 °C) 3.5×10−3 kPa (3.5×10−5 atm)
Platinum 2,045 K (1,772 °C) 2×10−4 kPa (2.0×10−6 atm)
Radon 202 K (−71 °C) 70 kPa (0.69 atm)
(mono)Silane[18] 88.48 K (−184.67 °C) 0.019644 kPa (0.00019387 atm)
Sulfur dioxide 197.69 K (−75.46 °C) 1.67 kPa (0.0165 atm)
Titanium 1,941 K (1,668 °C) 5.3×10−3 kPa (5.2×10−5 atm)
Uranium hexafluoride 337.17 K (64.02 °C) 151.7 kPa (1.497 atm)
Water[4][5] 273.16 K (0.01 °C) 0.611657 kPa (0.00603659 atm)
Xenon 161.3 K (−111.8 °C) 81.5 kPa (0.804 atm)
Zinc 692.65 K (419.50 °C) 0.065 kPa (0.00064 atm)

टिप्पणियाँ:

  • तुलना के लिए, विशिष्ट वायुमंडलीय दबाव 101.325 kPa (1 atm) है।
  • SI इकाइयों की नई परिभाषा से पहले, पानी का त्रिक बिंदु, 273.16 K, एक सटीक संख्या थी।

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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