三重点：水、シクロヘキサン、ベンゼンの特性 - 物理的

三重点は、物質の三の相が熱力学的平衡の状態で同時に存在する温度および圧力を意味熱力学の分野における用語です。この点はすべての物質に存在しますが、それらが達成される条件は、物質ごとに大きく異なります。

三重点には、特定の物質について同じタイプの複数の相が含まれる場合もあります。つまり、2つの異なる固体、流体、または気相が観察されます。ヘリウム、特にその同位体であるヘリウム4は、通常の流体と超流体の2つの個別の流体相を含む三重点の良い例です。

三重点特性

水の三重点は、国際単位系（SI）における熱力学的温度の基本単位であるケルビンを定義するために使用されます。この値は、測定ではなく定義によって設定されます。

各物質の三重点は、相図を使用して観察できます。相図は、物質の固体、液体、気相（およびその他の場合は特殊な条件）の制限状態を示すグラフです。それらは温度、圧力および/または溶解度の変化を発揮します。

物質は、固体が液体と出会う融点で見つかります。また、液体と気体が出会う沸点にも見られます。ただし、3つのフェーズが達成されるのはトリプルポイントです。これらの図は、後でわかるように、物質ごとに異なります。

三重点は温度計の校正に効果的に使用でき、三重点セルを利用します。

これらは、既知の温度および圧力条件下で三重点にある孤立した状態（ガラスの「セル」内）にある物質のサンプルであり、温度計測定の精度の研究を容易にします。

この概念の研究は、1970年代に実施された任務中に海面を知る試みが行われた火星の探査にも使用されています。

平衡状態の3つの相（水、氷、蒸気）で水が共存する圧力と温度の正確な条件は、正確に273.16 K（0.01ºC）の温度と611.656パスカル（0.00603659 atm）。

この時点で、温度または圧力の変化を最小限に抑えて、物質を3つの相のいずれかに変換することができます。システムの全圧が三重点に必要な圧力を超える可能性がありますが、蒸気の分圧が611.656 Paの場合、システムは同じ方法で三重点に到達します。

前の図では、この値に到達するために必要な温度と圧力に応じて、ダイアグラムが水に似た物質の三重点（または英語では三重点）の表現を観察できます。

水の場合、この点は液体の水が存在できる最低圧力に対応します。この三重点以下の圧力（真空など）で、定圧加熱を使用すると、固体の氷は液体を通過せずに直接水蒸気に変換されます。これは昇華と呼ばれるプロセスです。

この最小圧力（P _tp）を超えると、氷は最初に溶けて液体の水を形成し、そこだけが蒸発または沸騰して蒸気を形成します。

多くの物質の場合、その三重点の温度値は、液相が存在できる最低温度ですが、これは水の場合には起こりません。前の図の緑の点線で示されているように、氷の融点は圧力の関数として低下するため、水ではこれは起こりません。

高圧相では、水はかなり複雑な相図を持ち、次の図で視覚化される10の異なる三重点に加えて、15の既知の氷相が（異なる温度と圧力で）示されています。

高圧条件下では、氷は液体と平衡状態で存在する可能性があることに注意してください。この図は、融点とともに融点が上昇することを示しています。一定の低温と圧力の上昇で、蒸気は液相を経由せずに直接氷に変化します。

この図には、三重点が研究されている惑星（海面の地球と火星の赤道地帯）で発生するさまざまな条件も示されています。

この図から、実験者の介入だけでなく、大気圧と気温の理由から、場所によって三重点が変化することがわかります。

シクロヘキサンは、C ₆ H _12の分子式を持つシクロアルカンです。この物質は、水の場合と同様に、温度が279.47 K、圧力が5.388 kPaであるため、3点条件が水のように簡単に再現できるという特徴があります。

これらの条件下では、温度と圧力の変化を最小限に抑えながら、化合物が沸騰、固化、溶融することが観察されています。

シクロヘキサンに似たケースでは、ベンゼン（化学式C ₆ H _6の有機化合物）は、実験室で簡単に再現できる三重点を持っています。

その値は278.5 Kおよび4.83 kPaであるため、初心者レベルでのこのコンポーネントの実験も一般的です。