Ponto triplo

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Em Física, o ponto triplo de uma substância é a temperatura e a pressão nas quais os três estados da matéria (sólido, líquido e gasoso) coexistem em equilíbrio termodinâmico.[1]

O ponto triplo do dióxido de carbono(CO2), por exemplo, ocorre na temperatura de 216.55 K e pressão de 517 kPa.

Além do ponto triplo entre sóllido, líquido e gasoso, podem haver pontos triplos envolvendo mais de uma fase sólida, nas substâncias com polimorfismo. Em geral, para um sistema com p fases possíveis, existem p = \tfrac{p!}{(p-3)!3!} pontos triplos.[1]

Note que a pressão aqui referida é a pressão vapor da substância, não a pressão total de todo o sistema.

Pontos triplos da água[editar | editar código-fonte]

Ponto triplo sólido-líquido-gás[editar | editar código-fonte]

No ponto triplo, a temperatura da água é exatamente 273,16 kelvin (0,01 °C) e a pressão é 611,73 pascal (cerca de 0,006 bar). Deste ponto, é possível tornar toda a substância gelo, água ou vapor fazendo pequenas mudanças na temperatura e pressão.

Um tipico diagrama de fase. A linha verde pontilhada indica o comportamento anormal da água.

O ponto triplo da água é usado para definir o kelvin, a unidade de temperatura termodinâmica no Sistema Internacional de Unidades. O número dado para a temperatura do ponto triplo da água é uma definição exata, e não uma quantidade medida.

O ponto triplo sólido-líquido-gás corresponde à mínima pressão na qual a água líquida pode existir. em pressões abaixo do ponto triplo (como no espaço sideral) gelo, quando aquecido à pressão constante, é convertido diretamente em vapor de água num processo conhecido como sublimação. Acima do ponto triplo, o gelo primeiro derrete à forma de água líquida que depois passa ao estado gasoso(vapor) em temperaturas mais altas.

Para a maioria das subtâncias, o ponto triplo também é a mínima temperatura na qual o líquido pode existir. Na água, porém, isto não se aplica por causa de seu comportamento anômalo que faz com que o ponto de fusão do gelo diminua com o aumento da pressão. A uma temperatura um pouco abaixo do ponto triplo (entre 251-273 K), a compressão com temperatura constante faz com que o vapor de água se torne primeiro gelo I para depois se tranformar em água líquida e então gelo III ou gelo V, seguidos por formas ainda mais densas e de alta presão.

A pressão do ponto triplo da água foi usada durante a missão Mariner 9, para Marte, da NASA, como um ponto de referência para o "nível do mar". Missões mais recentes utilizam altimetria a laser e medições da gravidade ao invés de pressão para definir elevações em Marte.[2]

Outros pontos triplos da água em pressões mais altas[editar | editar código-fonte]

Em altas temperaturas, a água tem um diagrama de fase complexo com 15 fases conhecidas do gelo e um número de pontos triplos, incluíndo os dez cujas coordenadas são mostradas no diagrama. Por exemplo, o ponto triplo em 251 K (-22 °C) e 210 MPa (2070 atm) corresponde às condições de coexistência do gelo Ih (gelo comum), gelo III e água líquida, todos em equilíbrio. Mas podem existir também pontos onde três fases sólidas coexistem em eqilíbrio, como à 218 K e 620 MPa.

Diagram de fases da água incluindo formas altas pressões do gelo. O eixo da pressão é logarítmico.

Células do ponto triplo[editar | editar código-fonte]

Células do ponto triplo são usadas na calibração de termômetros. Para medições exatas, células de ponto triplo são geralmente preenchidas com uma substância química com alta pureza, como o hidrogênio, argônio, mercúrio ou água, dependendo da temperatura desejada. A pureza destas substâncias pode ser tal que apenas uma parte em um milhão seja um contaminante, o que significa 99,9999% puro. As células de ponto triplo são tão eficientes no alcance de temperaturas precisas e reproduzíveis que um padrão internacional de calibração de termômetros chamado ITS-90 se baseia em células de hidrogênio, neon, oxigênio, Argônio, mercúrio e água para determinar seus seis pontos definidos de temperatura.

Tabela de pontos triplos[editar | editar código-fonte]

Esta tabela lista o ponto triplo sólido-líquido-gasoso de substâncias comuns. A menos que diferentemente indicadas, as informações vieram da U.S. National Bureau of Standars ( agora NIST(National Institute of Standards and Technology).[3]

Substance T [K] p [kPa]*
Acetileno 192.4 &0000000000000120.000000 120
Amoníaco 195.40 &0000000000000006.076000 6.076
Argônio 83.81 &0000000000000068.900000 68.9
Arsênio 1090 &0000000000003628.000000 3628
Butano[4] 134.6 &-1-1-10000000000000.000700 7 × 10−4
Carbono (grafite) 4765 &0000000000010132.000000 10132
Dióxido de carbono 216.55 &0000000000000517.000000 517
Monóxido de carbono 68.10 &0000000000000015.370000 15.37
Clorofórmio[5] 175.43 &0000000000000000.870000 0.870
Deuterio 18.63 &0000000000000017.100000 17.1
Etano 89.89 &-1-1-10000000000000.000800 8 × 10−4
Etanol[6] 150 &-1-1-1-1-1-10000000000.000000 4.3 × 10−7
Etileno 104.0 &0000000000000000.120000 0.12
Ácido fórmico[7] 281.40 &0000000000000002.200000 2.2
Hélio-4 (ponto lambda) 2.19 &0000000000000005.100000 5.1
Hexafluoroetano[8] 173.08 &0000000000000026.600000 26.60
Hidrogênio 13.84 &0000000000000007.040000 7.04
Cloreto de Hidrogênio 158.96 &0000000000000013.900000 13.9
Iodo[9] 386.65 &0000000000000012.070000 12.07
Isobutano[10] 113.55 &-1-1-1-1000000000000.000019 1.9481 × 10−5
Mercúrio 234.2 &-1-1-1-1-1-10000000000.000000 1.65 × 10−7
Metano 90.68 &0000000000000011.700000 11.7
Neon 24.57 &0000000000000043.200000 43.2
Óxido nítrico 109.50 &0000000000000021.920000 21.92
Nitrogênio 63.18 &0000000000000012.600000 12.6
Óxido nitroso 182.34 &0000000000000087.850000 87.85
Oxigênio 54.36 &0000000000000000.152000 0.152
Paládio 1825 &-1-100000000000000.003500 3.5 × 10−3
Platina 2045 &-1-1-10000000000000.000200 2.0 × 10−4
Dióxido de enxofre 197.69 &0000000000000001.670000 1.67
Titânio 1941 &-1-100000000000000.005300 5.3 × 10−3
Hexafluoreto de urânio 337.17 &0000000000000151.700000 151.7
Água 273.16 &0000000000000000.611700 0.6117
Xenônio 161.3 &0000000000000081.500000 81.5
Zinco 692.65 &-1000000000000000.065000 0.065

* Nota: para comparação, A pressão atmosférica típica é 101.325 kPa (1 atm).

Veja também[editar | editar código-fonte]

Ligações externas[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. a b IUPAC Gold Book.[1]Acessado em 07/08/2013.
  2. Carr, Michael H.. The Surface of Mars. [S.l.]: Cambridge University Press, 2007. p. 5. ISBN 0-521-87201-4.
  3. Cengel, Yunus A.; Turner, Robert H.. Fundamentals of thermal-fluid sciences. Boston: McGraw-Hill, 2004. p. 78. ISBN 0-07-297675-6.
  4. Veja en:Butane (data page)
  5. Veja en:Chloroform (data page)
  6. Veja en:Ethanol (data page))
  7. Veja en:Formic acid (data page)
  8. Veja en:Hexafluoroethane (data page)
  9. Walas, S. M.. Chemical Process Equipment – Selection and Design. Amsterdam: Elsevier, 1990. p. 639. ISBN 0-7506-7510-1.
  10. Veja en:Isobutane (data page)