化学と物理学における三重点 純粋な物質の温度と圧力の組み合わせで、熱力学的平衡で 3 つの相が存在します。通常、三重点とは、物質の固体、液体、気相が平衡状態で共存する点を指します。ただし、この用語は、3 つの相が共存する温度と圧力にも適用されます。したがって、物質に複数の固相 (結晶構造) がある場合、複数の三重点値があります。
水の三重点
水の三重点温度について言及することがよくありますが、三重点は実際には温度と圧力の両方の組み合わせです。水の三重点は 273.16 ケルビン (0.01 °C または 32.02 °F) で、圧力は 611.7 パスカル (6.117 ミリバール、0.0060373057 気圧) です。 (611.73 Pa の圧力を記載している情報源もあれば、611.657 Pa の圧力を引用している情報源もあります。) この時点で、氷、水、および水蒸気が安定した形で共存します。温度や圧力のわずかな変化によって、水は氷、液体の水、水蒸気の間で形を変えます。
システムの全圧は、水の分圧が 611 Pa である場合、三重点の圧力を十分に超える可能性があることに注意してください。三重点は、液体の水が存在する最低圧力に対応することにも注意してください。この圧力以下では、氷は直接蒸気に変化し、蒸気は昇華して氷になります。
通常、三重点は、物質が液体の状態で存在できる最低温度です。水は圧力の関数として融点が低下するため、この点で水は異常です (少なくとも六角形の氷の場合)。
一般的な物質の三重点値の表
この表は、いくつかの純物質の三重点値を示しています。ほとんどのデータは NIST (米国国立標準技術研究所) から得られたもので、ヘリウム値は Donner らからのものです。とホッファーら。トリプルポイント値は通常、「シックスナイン」純度のサンプルの検査から得られます。つまり、サンプルの純度は 99.9999% です。
| 物質 | 温度 K (°C) | 圧力 kPa (気圧) |
|---|---|---|
| アセチレン | 192.4 K (−80.7 °C) | 120 kPa (1.2 気圧) |
| アンモニア | 195.40 K (−77.75 °C) | 6.060 kPa (0.05981 atm) |
| アルゴン | 83.8058 K (−189.3442 °C) | 68.9 kPa (0.680 気圧) |
| ヒ素 | 1,090 K (820 °C) | 3,628 kPa (35.81 気圧) |
| ブタン | 134.6 K (−138.6 °C) | 7×10 kPa (6.9×10 気圧) |
| カーボン (グラファイト) | 4,765 K (4,492 °C) | 10,132 kPa (100.00 気圧) |
| 二酸化炭素 | 216.55 K (−56.60 °C) | 517 kPa (5.10 気圧) |
| 一酸化炭素 | 68.10 K (−205.05 °C) | 15.37 kPa (0.1517 atm) |
| クロロホルム | 175.43 K (−97.72 °C) | 0.870 kPa (0.00859 atm) |
| 重水素 | 18.63 K (−254.52 °C) | 17.1 kPa (0.169 気圧) |
| エタン | 89.89 K (−183.26 °C) | 1.1×10 kPa (1.1×10気圧) |
| エタノール | 150 K (−123 °C) | 4.3×10 kPa (4.2×10気圧) |
| エチレン | 104.0 K (−169.2 °C) | 0.12 kPa (0.0012 気圧) |
| ギ酸 | 281.40 K (8.25 °C) | 2.2 kPa (0.022 気圧) |
| ヘリウム 4 (ラムダ ポイント) | 2.1768 K (−270.9732 °C) | 5.048 kPa (0.04982 気圧) |
| ヘリウム-4 (hcp-bcc-He-II) | 1.463 K (−271.687 °C) | 26.036 kPa (0.25696 気圧) |
| ヘリウム-4 (bcc-He-1-He-II) | 1.762 K (−271.388 °C) | 29.725 kPa (0.29336 気圧) |
| ヘリウム-4 (hcp-bcc-He-1) | 1.772 K (−271.378 °C) | 30.016 kPa (0.29623 気圧) |
| ヘキサフルオロエタン | 173.08 K (−100.07 °C) | 26.60 kPa (0.2625 気圧) |
| 水素 | 13.8033 K (−259.3467 °C) | 7.04 kPa (0.0695 気圧) |
| 塩化水素 | 158.96 K (−114.19 °C) | 13.9 kPa (0.137 atm) |
| ヨウ素 | 386.65 K (113.50 °C) | 12.07 kPa (0.1191 気圧) |
| イソブタン | 113.55 K (−159.60 °C) | 1.9481×10 kPa (1.9226×10 気圧) |
| クリプトン | 115.76 K (−157.39 °C) | 74.12 kPa (0.7315 気圧) |
| 水星 | 234.3156 K (−38.8344 °C) | 1.65×10 kPa (1.63×10 気圧) |
| メタン | 90.68 K (−182.47 °C) | 11.7 kPa (0.115 気圧) |
| ネオン | 24.5561 K (−248.5939 °C) | 43.332 kPa (0.42765 気圧) |
| 一酸化窒素 | 109.50 K (−163.65 °C) | 21.92 kPa (0.2163 atm) |
| 窒素 | 63.18 K (−209.97 °C) | 12.6 kPa (0.124 気圧) |
| 亜酸化窒素 | 182.34 K (−90.81 °C) | 87.85 kPa (0.8670 気圧) |
| 酸素 | 54.3584 K (−218.7916 °C) | 0.14625 kPa (0.0014434 atm) |
| パラジウム | 1,825 K (1,552 °C) | 3.5×10 kPa (3.5×10気圧) |
| プラチナ | 2,045 K (1,772 °C) | 2×10 kPa (2.0×10気圧) |
| ラドン | 202 K (−71 °C) | 70 kPa (0.69 気圧) |
| 二酸化硫黄 | 197.69 K (−75.46 °C) | 1.67 kPa (0.0165 atm) |
| チタン | 1,941 K (1,668 °C) | 5.3×10 kPa (5.2×10気圧) |
| 六フッ化ウラン | 337.17 K (64.02 °C) | 151.7 kPa (1.497 気圧) |
| 水 | 273.16 K (0.01 °C) | 0.611657 kPa (0.00603659 気圧) |
| キセノン | 161.3 K (−111.8 °C) | 81.5 kPa (0.804 気圧) |
| 亜鉛 | 692.65 K (419.50 °C) | 0.065 kPa (0.00064 atm) |
トリプル ポイントは 1 つだけですか?
ほとんどの物質は、固体が異なる形態または同素体を想定しているため、複数の三重点を持っています。物質の相が p 個ある場合、三重点の数は p!/(p-3)!3!
たとえば、固体硫黄に 2 つの固相 (菱形と単斜晶)、液相、気相がある場合、その三重点の数は 4!/(4-3)!3! です。
トリプルポイントの数 =24 / (1)(6) =4
水には既知の 15 の氷相と数百の三重点があります。これらの値のうち少なくとも 10 個が知られています。表示される通常の単一の値は、六角形の氷です。他の形態の氷は、非常に低い温度または非常に高い圧力で発生します。
トリプルポイント vs クリティカルポイント
物質の三重点と臨界点はよく混同されますが、この 2 つの用語は異なる意味を持っています。三重点は、物質が 3 つの状態で平衡状態にあるときの温度と圧力です。臨界点も温度と圧力の組み合わせですが、液体とその蒸気が共存できる相平衡曲線の終点です。臨界点は、物質が超臨界流体になり、圧力だけでは液体に凝縮できなくなる最高温度を示します。臨界点では、液相と気相の物理的特性が互いに類似し、液体の通常の挙動とは大きく異なる場合があります。
水の臨界点は、647.096 K (373.946 °C; 705.103 °F) および 22.064 メガパスカル (3,200.1 psi; 217.75 atm) です。これは、水の三重点よりも高い温度と圧力です。臨界点に近づくと、液体の水は圧縮性になり、誘電性が低下し、電解質の溶媒が低下します。これらの特性は、水の通常の特性とは逆です。
参考文献
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