Tripelpunkt


Tripelpunkt

Dieser Artikel befasst sich mit dem Tripelpunkt in der Thermodynamik; zu dem Tripelpunkt in der Geologie (Tektonik) siehe Triple Junction; zu dem Tripelpunkt in der Geographie (Wasserscheiden) siehe Hauptwasserscheidepunkt.
Phasendiagramm eines „gewöhnlichen“ Stoffes und des Wassers, jeweils mit Darstellung des Tripelpunktes

In der Thermodynamik ist der Tripelpunkt (auch Dreiphasenpunkt) der Zustand, beschrieben durch Druck und Temperatur, an dem drei Phasen eines Stoffes im Gleichgewicht sind.

Das bedeutet zum Beispiel für Wasser, dass Wasserdampf, flüssiges Wasser und Eis gleichzeitig vorkommen und sich die Mengenverhältnisse der drei Phasen am Tripelpunkt nicht ändern. In diesem Zustand verdampfen ständig etwas Eis (Sublimation) und Wasser (Verdunstung) zu Wasserdampf, ebenso schmilzt etwas Eis zu Wasser. Gleichzeitig finden die drei gegenläufigen Prozesse im selben Umfang statt: Wasser gefriert, Wasserdampf kondensiert zu Wasser und friert direkt als Eis aus. Wird dem System Wärme entzogen oder nimmt der Druck zu, wächst der Anteil des Eises zu Lasten von Wasser und Wasserdampf. Wird dem System Wärme zugeführt oder nimmt der Druck ab, schwindet der Anteil des Eises zu Gunsten von Wasser und Wasserdampf.

Bedingungen

Der Tripelpunkt des Wassers liegt nach dem international akzeptierten Bestwert von Guildner, Johnson und Jones aus dem Jahre 1976 bei 611,657 ( ± 0,010) Pa (ca. 6 mbar) und 273,16 K (0,01 °C).

Besonderheit Gibbssche Phasenregel

Der Tripelpunkt beschreibt auch gleichzeitig eine Besonderheit der Gibbsschen Phasenregel:

f = NP + 2

Der Freiheitsgrad f des Systems (eines Einkomponentensystems: N = 1 mit drei Phasen: P = 3) ist in Tripelpunkten nach der Phasenregel immer f = 0: Verändert man eine intensive Zustandsgröße, wird sofort das Gleichgewicht der Phasen verlassen. Dies ist auch der Grund dafür, dass es in einem einkomponentigen System keine 4 Phasengrenzlinien geben kann, die sich in einem Punkt treffen (hier wäre f = −1).

Skalenfixpunkte

Die Eindeutigkeit des Tripelpunktes liefert besonders gute Temperatur-Fixpunkte für Skalen von Thermometern: eine wichtige Anwendung bei der Kalibrierung von Temperaturmessgeräten. Gängige Tripelpunkts-Temperaturangaben für diesen Zweck sind zum Beispiel:

  • Quecksilber: 234,31560 K (−38,83440 °C : −37,90192 °F : 421,76808 °Ra) bei 1,65*10-4 Pa
  • Wasser: 273,16000 K (0,01000 °C : 32,018 °F : 491,688 °Ra) bei 611,657 ± 0,010 Pa

Siehe auch

Weblinks