จุดร่วมสาม

ไฟล์:Phase-diag2.svg|thumb|แผนภาพเฟสทั่วไปเส้นสีเขียวทึบใช้กับสารส่วนใหญ่ ส่วนเส้นประสีเขียวแสดงถึงพฤติกรรมผิดปกติของน้ำ
จุดร่วมสาม (Triple point) ในอุณหพลศาสตร์ คืออุณหภูมิและความดันที่พอดีที่ทำให้สารสามารถอยู่ในสถานะทั้งของแข็ง ของเหลว และแก๊ส พร้อมกันได้อย่างสมดุล คือ อุณหภูมิและความดันที่เส้นโค้งการระเหิด, การหลอมเหลว และการกลายเป็นไอมาบรรจบกัน ยกตัวอย่างเช่น จุดร่วมสามของปรอทเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ −38.8 องศาเซลเซียส (หรือ −37.8 องศาฟาเรนไฮต์) และความดัน 0.165 มิลลิปาสกาล
นอกจากจุดร่วมสามที่สารสามารถอยู่ในสถานะของแข็ง ของเหลว และแก๊สพร้อมกันแล้ว สารบางชนิดที่มีรูปผลึกหลายแบบ (พอลิมอร์ฟ) ยังสามารถมีจุดร่วมสามที่เกี่ยวข้องกับสถานะของแข็งมากกว่าหนึ่งสถานะได้อีกด้วย เช่น ฮีเลียม-4 ที่เป็นกรณีที่ไม่มีเส้นกราฟการระเหิด/การตกผลึก และดังนั้นจึงไม่มีจุดร่วมสามที่สถานะของแข็งตัดกับสถานะแก๊ส แต่จะมีจุดร่วมสามที่เป็นจุดที่เส้นกราฟของของเหลว-ซูเปอร์ฟลูอิด สถานะของแข็ง-ของเหลว-ซูเปอร์ฟลูอิด และจุดที่เส้นกราฟของสถานะของแข็ง-ของแข็ง-ของเหลวตัดกัน ทั้งนี้ต้องไม่สับสนกับ จุดแลมบ์ดา ซึ่งไม่ใช่จุดร่วมสามในทางใดทางหนึ่ง
คำว่า "จุดร่วมสาม" ถูกบัญญัติขึ้นในปี ค.ศ. 1873 โดย เจมส์ ทอมสัน พี่ชายของ วิลเลียม ทอมสัน บารอนเคลวินที่ 1 จุดร่วมสามของสารหลายชนิดถูกใช้เพื่อกำหนดจุดต่าง ๆ ใน ITS-90 สเกลอุณหภูมิสากล, ซึ่งมีตั้งแต่จุดร่วมสามของไฮโดรเจน (13.8033 K) จนถึงจุดร่วมสามของน้ำ (273.16 K, 0.01 °C, หรือ 32.018 °F)
ก่อนปี ค.ศ. 2019 จุดร่วมสามของ น้ำ ถูกใช้เพื่อกำหนดนิยามของ เคลวิน หน่วยฐานของ ระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ (SI) ที่ใช้อุณหพลศาสตร์ เคลวินถูกกำหนดให้นิยามในลักษณะที่ทำให้จุดร่วมสามของน้ำมีค่าเท่ากับ 273.16 K แต่สิ่งนี้เปลี่ยนแปลงไปตาม การปรับนิยามหน่วยฐาน SI ปี 2019 ซึ่งเคลวินถูกกำหนดให้นิยามใหม่เพื่อให้ ค่าคงตัวบ็อลทซ์มัน มีค่าเท่ากับ 1.380649×10−23 J⋅K−1 และจุดร่วมสามของน้ำกลายเป็นค่าคงที่ที่ต้องวัดผ่านการทดลอง

**จุดร่วมสามของน้ำ**
น้ำเดือดที่ 0°C โดยใช้ปั๊มสุญญากาศ
จากการกำหนดนิยามหน่วยฐาน SI ใหม่ในปี 2019 ค่าอุณหภูมิของจุดสามสถานะของน้ำไม่ได้ถูกใช้เป็นจุดอ้างอิงอีกต่อไป แต่ค่ายังมีความสำคัญในทางปฏิบัติ: การผสมผสานที่ไม่ซ้ำกันของความดันและอุณหภูมิที่ น้ำ ของเหลว น้ำแข็ง แข็ง และ ไอน้ำ อยู่ร่วมกันในภาวะสมดุลคงที่อยู่ที่ประมาณ u=K และความดันไอ mbar atm
น้ำเหลวสามารถมีอยู่ได้ภายใต้ความดันที่เท่ากับหรือมากกว่าจุดสามเท่าเท่านั้น ด้านล่างนี้ ในสุญญากาศของอวกาศ น้ำแข็งแข็งจะระเหิด กลายเป็นไอน้ำโดยตรงเมื่อได้รับความร้อนที่ความดันคงที่ ในทางกลับกัน เหนือจุดสามประการ น้ำแข็งแข็งจะละลายเป็นน้ำของเหลวก่อนเมื่อได้รับความร้อนที่ความดันคงที่ จากนั้นระเหยหรือเดือดกลายเป็นไอที่อุณหภูมิสูงกว่า
สำหรับสารส่วนใหญ่ จุดสามสถานะคืออุณหภูมิต่ำสุดที่ของเหลวสามารถดำรงอยู่ได้ สำหรับน้ำนี่ไม่ใช่กรณี จุดหลอมเหลวของน้ำแข็งธรรมดาจะลดลงตามความดัน ดังที่แสดงด้วยเส้นประสีเขียวในแผนภาพเฟส ตรงด้านล่างจุดร่วมสาม การบีบอัดที่อุณหภูมิคงที่จะเปลี่ยนไอน้ำเป็นของแข็งก่อน จากนั้นจึงเป็นของเหลว
ในอดีต ในระหว่างภารกิจ มาริเนอร์ 9 ไปยัง ดาวอังคาร แรงดันน้ำสามจุดถูกนำมาใช้เพื่อกำหนด "ระดับน้ำทะเล" ปัจจุบัน การวัด ระยะสูงด้วยเลเซอร์ และแรงโน้มถ่วงเป็นที่นิยมในการกำหนดระดับความสูงของดาวอังคาร

**เฟสแรงดันสูง**
ที่ความดันสูง น้ำจะมี แผนภาพเฟสที่ ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วย เฟสของน้ำแข็ง ที่รู้จัก 15 เฟส และจุดสามสถานะหลายจุด รวมทั้ง 10 เฟสที่มีพิกัดแสดงไว้ในแผนภาพ เช่น จุดร่วมสามที่ 251 เค (−22 °C) และ 210 เมกะปาสกาล (2070 atm) สอดคล้องกับเงื่อนไขการอยู่ร่วมกันของ น้ำแข็ง Ih (น้ำแข็งธรรมดา) น้ำแข็ง III และน้ำของเหลว ทั้งหมดอยู่ในภาวะสมดุล ยังมีจุดร่วมสามสำหรับการอยู่ร่วมกันของเฟสของแข็งทั้งสาม เช่น น้ำแข็ง II น้ำแข็ง V และน้ำแข็ง VI ที่ 218 เค (−55 °C) และ 620 เมกะปาสกาล (6120 ATM)
สำหรับน้ำแข็งที่มีแรงดันสูงซึ่งสามารถคงอยู่ในภาวะสมดุลกับของเหลวได้ แผนภาพแสดงให้เห็นว่าจุดหลอมเหลวจะเพิ่มขึ้นตามความดัน ที่อุณหภูมิสูงกว่า 273 เค (0 °C) ทำให้แรงดันไอน้ำเพิ่มขึ้น จนทำให้เกิดน้ำเหลวก่อน จากนั้นจึงเป็นน้ำแข็งที่มีแรงดันสูงในที่สุด ในช่วง u=K น้ำแข็ง I จะก่อตัวก่อน ตามด้วยน้ำของเหลว แล้วจึงตามด้วยน้ำแข็ง III หรือน้ำแข็ง V และตามด้วยรูปแบบอื่น ๆ ที่มีแรงดันสูงและหนาแน่นกว่า
ไฟล์:Phase_diagram_of_water.svg|center|thumb|ไดอะแกรมเฟสของน้ำที่รวมรูปแบบแรงดันสูง เช่น น้ำแข็ง II น้ำแข็ง III เป็นต้น แกนความดันเป็นลอการิทึม สำหรับคำอธิบายโดยละเอียดของเฟสเหล่านี้ โปรดดูที่ น้ำแข็ง
เซลล์สามจุดใช้ใน การสอบเทียบ เทอร์โมมิเตอร์ สำหรับงานที่ต้องการความแม่นยำสูง เซลล์สามจุดมักจะเต็มไปด้วยสารเคมีที่มีความบริสุทธิ์สูง เช่น ไฮโดรเจน อาร์กอน ปรอท หรือน้ำ (ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่ต้องการ) ความบริสุทธิ์ของสารเหล่านี้อาจมีได้เพียงหนึ่งส่วนจากล้านส่วนเท่านั้นที่เป็นสารปนเปื้อน เรียกว่า "หกเก้า" เพราะว่ามีความบริสุทธิ์ 99.9999% ใช้องค์ประกอบ ไอโซโทป ที่เฉพาะเจาะจง (สำหรับน้ำ VSMOW) เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบไอโซโทปทำให้จุดสามตัวมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย เซลล์สามจุดมีประสิทธิภาพในการบรรลุอุณหภูมิที่แม่นยำสูงและทำซ้ำได้ จนกระทั่งมาตรฐานการสอบเทียบสากลสำหรับเทอร์โมมิเตอร์ที่เรียกว่า ITS–90 ต้องใช้เซลล์สามจุดของ ไฮโดรเจน นีออน ออกซิเจน อาร์กอน ปรอท และ น้ำ ในการกำหนดจุดอุณหภูมิที่กำหนดไว้ 6 จุด

**ตารางจุดสามสถานะ**
ตารางนี้แสดงจุดสามสถานะของก๊าซ-ของเหลว-ของแข็งของสารหลายชนิด เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลจะมาจาก สำนักงานมาตรฐานแห่งชาติ ของสหรัฐอเมริกา (ปัจจุบันคือ NIST หรือ สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ)
หมายเหตุ:- เพื่อการเปรียบเทียบ ความดันบรรยากาศทั่วไปคือ 101.325 kPa (1 atm)- ก่อนจะมีการกำหนดหน่วย SI ใหม่ จุดร่วมสามของน้ำ คือ 273.16 K ถือเป็นตัวเลขที่แน่นอน

**อ้างอิง**

**แหล่งข้อมูลอื่น**
หมวดหมู่:แก๊ส
หมวดหมู่:อุณหพลศาสตร์
หมวดหมู่:การเปลี่ยนสถานะ
หมวดหมู่:สมบัติทางเคมี