트리플 포인트

Triple point
그 외의 용도는, 「트립 포인트」와 「트립 포인트」를 참조해 주세요(명료화).

열역학에서 물질의 세 가지 상(가스, 액체, 고체)이 열역학 [1]평형 상태에서 공존하는 온도와 압력입니다.승화곡선, 융접곡선 및 기화곡선이 만나는 온도와 압력이다.예를 들어, 수은의 삼중점은 -38.8°C(-37.8°F)의 온도와 0.165mPa의 압력에서 발생합니다.

고체, 액체 및 기체상에 대한 삼중점 외에 다중 다형을 가진 물질에 대한 삼중점은 둘 이상의 고체상을 포함할 수 있습니다.헬륨-4는 두 개의 다른 유체상(람바점)[1]이 포함된 삼중점을 나타내는 특수한 케이스입니다.

물의 3중점은 국제 단위계(SI)[2]에서 열역학 온도의 기본 단위인 켈빈을 정의하는 데 사용되었다.물의 삼중점 값은 측정이 아닌 정의에 의해 고정되었지만, 2019년 SI 기준 단위의 재정의에 따라 변경되었다.여러 물질의 삼중점은 수소(13.8033K)의 삼중점부터 물의 삼중점(273.16K, 0.01°C 또는 32.018°F)까지의 ITS-90 국제 온도 척도의 점을 정의하는 데 사용된다.

"트리플 포인트"라는 용어는 1873년 켈빈 [3]경의 형제인 제임스 톰슨에 의해 만들어졌습니다.

물의 삼점

기체-액체-고체 삼중점

참고 항목: 물의 특성 triple 삼중점
일반적인 단계도입니다.녹색 실선은 대부분의 물질에 적용되며 녹색 점선은 물의 비정상적인 동작을 나타냅니다.

액체 물, 고체 얼음 및 수증기가 안정된 평형 상태에서 공존할 수 있는 압력과 온도의 단일 조합은 정확히 273.1600K(0.0100°C; 32.0180°F)와 611.657 파스칼(6.11657mbar; 0.00603659at)[4][5]에서 발생한다.이 때 압력과 온도에 임의로 작은 변화를 줌으로써 모든 물질을 얼음, 물 또는 증기로 바꿀 수 있다.시스템의 총 압력이 물의 3배점보다 훨씬 높더라도 수증기의 분압이 611.657 파스칼이라면 시스템은 물의 3배점까지 도달할 수 있다.엄밀히 말하면, 표면 장력의 영향을 없애기 위해 서로 다른 상들을 분리하는 표면도 완전히 평평해야 한다.

물의 기체-액체-고체 삼중점은 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 최소 압력에 해당합니다.3중점 이하의 압력에서는 일정한 압력으로 가열될 때 고체 얼음은 승화라고 불리는 과정에서 수증기로 직접 변환됩니다.3중점 이상에서는 일정한 압력으로 가열되면 고체 얼음이 먼저 녹아서 액체 물이 되고, 그 후 증발하거나 끓어 증기가 생성된다.

대부분의 물질에서 기체-액체-고체 삼중점은 액체가 존재할 수 있는 최소 온도이기도 합니다.그러나 물의 경우, 위상 다이어그램에서 녹색 점선으로 표시된 것처럼 일반 얼음의 융점이 압력의 함수로 감소하기 때문에 이는 사실이 아닙니다.삼중점 바로 아래의 온도에서 일정한 온도에서 압축하면 수증기가 먼저 고체로, 다음으로 액체로 변환됩니다(물 얼음은 액체 물보다 밀도가 낮기 때문에 압력이 증가하면 액상화됩니다).

물의 3중 점 압력은 Mariner 9 화성 임무에서 "해면"을 정의하기 위한 기준점으로 사용되었다.더 최근의 미션들은 [6]화성의 고도를 정의하기 위해 압력 대신 레이저 고도 측정과 중력 측정을 사용한다.

진공 펌프를 사용하여 0°C에서 물을 끓인다.

고압상

고압에서 물은 15개의 알려진 얼음 상과 다이어그램에 좌표가 표시된 10개를 포함하여 여러 개의 세 개의 점으로 이루어진 복잡한 위상도를 가지고 있다.예를 들어, 251K(-22°C)와 210MPa(2070atm)에서의 삼중점은 모두 평형 상태에서 얼음 Ih(일반 얼음), 얼음 III 및 액체 물의 공존 조건에 해당한다.또한 218K(-55°C) 및 620MPa(6120atm)에서 얼음 II, 얼음 VI 및 얼음 VI와 같은 세 가지 고체 상 공존에 대한 세 가지 포인트가 있다.

액체와 평형 상태로 존재할 수 있는 고압 형태의 얼음은 압력에 따라 녹는점이 증가함을 보여줍니다.273K(0°C) 이상의 온도에서 수증기에 대한 압력을 높이면 먼저 액체 상태의 물이 되고 다음으로 고압 형태의 얼음이 됩니다.251~273K 범위에서는 얼음 I이 먼저 형성되고, 액체 상태의 물이 그 다음에 얼음 III 또는 얼음 V가 형성되며, 그 다음에 더 밀도가 높은 다른 고압 형태가 형성된다.

고압을 포함한 물의 위상도는 얼음 II, 얼음 III 등을 형성한다.압력 축은 로그입니다.이러한 단계에 대한 자세한 설명은 Ice를 참조하십시오.
물의 다양한 세 가지 점
안정된 균형 상태에서의 단계 압력. 온도
액체 물, 얼음h I 및 수증기 611.657 Pa[7] 273.16K(0.01°C)
액체 물, 얼음h I 및 얼음 III 209.9 MPa 251 K (−22 °C)
액체 물, 얼음 III 및 얼음 V 350.1 MPa - 17.0 °C
액체 물, 얼음 V, 얼음 VI 632.4 MPa 0.16 °C
얼음h I, 얼음 II 및 얼음 III 213 MPa −35 °C
얼음 II, 얼음 III 및 얼음 V 344 MPa −24 °C
얼음 II, 얼음 V 및 얼음 VI 626 MPa −70 °C

삼점 셀

삼중점 셀은 온도계의 교정에 사용된다.엄격한 작업을 위해 삼중점 셀은 일반적으로 수소, 아르곤, 수은 또는 물과 같은 매우 순수한 화학 물질로 채워집니다(원하는 온도에 따라 다름).이러한 물질의 순도는 100만분의 1만 오염물질일 수 있으며, 99.9999%의 순도로 인해 "식스나인"이라고 불립니다.특정 동위원소 조성물(물의 경우 VSMOW)이 사용된다. 이는 동위원소 조성의 변화가 삼중점에 작은 변화를 일으키기 때문이다.삼중점 셀은 매우 정확하고 재현 가능한 온도를 달성하는 데 효과적이어서 ITS-90이라고 불리는 온도계의 국제 교정 표준은 정의된 6개의 온도 지점을 나타내기 위해 수소, 네온, 산소, 아르곤, 수은, 물의 삼중점 셀에 의존합니다.

트리플 포인트 표

이 표에는 여러 물질의 기체-액체-고체-삼중점이 나열되어 있습니다.달리 명시되지 않은 한 데이터는 미국 국립표준국(현 국립표준기술원, [8]NIST)에서 가져온 것이다.

물질. T [K] (°C) p [kPa]* (atm)
아세틸렌 192.4 K (−80.7 °C) 120kPa(1.2atm)
암모니아 195.40 K (−77.75 °C) 6.060kPa(0.05981atm)
아르곤 83.8058K(-189.3442°C) 68.9kPa(0.680atm)
비소 1,090 K (820 °C) 3,628kPa(35.81atm)
부탄[9] 134.6 K (−138.6 °C) 7 x−4 10 kPa (6.9 x 10−6 atm)
카본(그래파이트) 4,765 K (4,492 °C) 10,132 kPa (100.00 ATM)
이산화탄소 216.55K(-56.60°C) 517kPa(5.10atm)
일산화탄소 68.10K(-205.05°C) 15.37kPa(0.1517atm)
클로로포름 175.43 K(-97.72 °C)[citation needed] 0.870kPa(0.00859atm)[citation needed]
중수소 18.63 K(-254.52 °C) 17.1kPa(0.169atm)
에탄 89.89 K(-183.26 °C) 1.1×10kPa−3(1.1×10atm−5)
에탄올[10] 150 K(-123 °C) 4.3×10kPa−7(4.2×10atm−9)
에틸렌 104.0 K (−169.2 °C) 0.12kPa(0.0012atm)
포름산[11] 281.40K(8.25°C) 2.2kPa(0.022atm)
헬륨-4(람바다 포인트)[12] 2.1768K(-270.9732°C) 5.048 kPa (0.04982 atm
헬륨-4(hcp-bcc-He-II)[13] 1.463 K(-271.687°C) 26.036kPa(0.2566atm)
헬륨-4(BCC-He-I-He-II)[13] 1.762 K(-271.388 °C) 29.725kPa(0.29336atm)
헬륨-4(hcp-bcc-He-I)[13] 1.772 K(-271.378 °C) 30.016 kPa (0.29623 ATM)
헥사플루오로에탄[14] 173.08 K(-100.07 °C) 26.60kPa(0.2625atm)
수소 13.8033 K (−259.3467 °C) 7.04 kPa (0.0695 atm)
염화수소 158.96 K(-114.19 °C) 13.9kPa(0.137atm)
요오드[15] 386.65K(113.50°C) 12.07kPa(0.1191atm)
이소부타네[16] 113.55 K (−159.60 °C) 1.9481×10kPa−5(1.9226×10atm−7)
크립톤 115.76 K (−157.39 °C) 74.12kPa (0.7315 ATM)
수성. 234.3156 K(-38.8344 °C) 1.65×10kPa−7(1.63×10atm−9)
메탄 90.68 K(-182.47 °C) 11.7kPa(0.115atm)
네온 24.5561 K (−248.5939 °C) 43.332kPa(0.42765atm)
산화질소 109.50 K (−163.65 °C) 21.92kPa(0.2163atm)
질소 63.18 K(-209.97 °C) 12.6kPa(0.124atm)
아산화질소 182.34K(-90.81°C) 87.85kPa(0.8670atm)
산소 54.3584 K (−218.7916 °C) 0.14625kPa(0.0014434atm)
팔라듐 1,825 K (1,552 °C) 3.5×10kPa−3(3.5×10atm−5)
플래티넘 2,045 K (1,772 °C) 2 x−4 10 kPa (2.0 x 10−6 atm)
라돈 202 K(-71 °C) 70kPa(0.69atm)
(모노) 실란[17] 88.48 K(-184.67 °C) 0.019644kPa(0.00019387atm)
이산화황 197.69 K(-75.46 °C) 1.67kPa(0.0165atm)
티탄 1,941 K (1,668 °C) 5.3×10kPa−3 (5.2×10atm−5)
육불화 우라늄 337.17 K (64.02 °C) 151.7kPa(1.497atm)
물.[4][5] 273.16K(0.01°C) 0.611657kPa(0.00603659atm)
제논 161.3 K (−111.8 °C) 81.5kPa(0.804atm)
아연 692.65 K (419.50 °C) 0.065kPa(0.00064atm)

주의:

  • 비교를 위해 일반적인 대기압은 101.325kPa(1atm)입니다.
  • SI 단위에 대한 새로운 정의 이전에는 물의 삼중점인 273.16K가 정확한 숫자였다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크