Тройная точка воды – это строго определённые значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в виде трёх фаз – в твёрдом (лёд), жидком (вода) и газообразном (пар) состояниях.
Параметры
Тройная точка воды:
- Температура: 273,16 К (0,01 С);
- Давление: 611,7 Па.
Важно: состояние тройной точки относится только к чистому веществу, когда в заданной среде нет других веществ. В бытовых условиях вода существует с воздухом, который «берёт на себя» создание атмосферного давления, и равновесное сосуществование льда, водяного пара и жидкой воды невозможно.
Явление
На тройной точке все три фазы находятся в термодинамическом равновесии. Это означает, что при данных условиях они могут переходить друг от друга без изменения температуры и давления.
Особенности:
- Лёд не полностью тает, вода неполностью испаряется, а пар не полностью конденсируется.
- Если давление окружающей среды больше тройной точки, при увеличении температуры вода принимает последовательно состояния лёд-вода-пар. Если давление меньше тройной точки, лёд при нагревании сразу испаряется, минуя жидкую фазу (происходит сублимация, или возгонка).
Применение
Тройная точка воды используется в различных научных и технических областях, например:
- В качестве реперной точки для калибровки приборов;
- В определении шкалы температур Кельвина – тройная точка воды используется в качестве опорной.
- В пищевой и химической промышленности – тройная точка воды может использоваться для контроля температуры и давления при обработке и упаковке продуктов.
Интересный факт: тройные точки существуют не только у воды, но и у других веществ, каждое из которых имеет свою уникальную температуру и давление, при которых наблюдается этот феномен.
Ещё немного интересного:
- С 1967 года и до изменения определений основных единиц СИ, вступившего в силу в 2019 году, на температуру тройной точки воды опиралось определение основной единицы температуры – кельвина;
- На марсе давление атмосферы близко к тройной точке воды, что позволяет воде на его поверхности мгновенно переходить из льда в пар, минуя жидкую фазу;
- Из тройной точки воду можно перевести в любое из её возможных агрегатных состояний.
Один из способов получения тройной точки воды заключается в следующем:
- Герметичное пространство между двумя коаксиально расположенными цилиндрическими сосудами заполняют дистиллированной водой;
- Создают вакуум с одновременным подогревом воды;
- Помещают хладагент во внутренний цилиндр и намораживают внутри корпуса ледяную рубашку;
- Затем отделяют ледяную рубашку от внешней поверхности внутреннего сосуда путём нагрева.
В результате в районе дна и боковой поверхности сосуда создаются условия для равновесия трёх фаз воды.