Ponto triplo

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Em termodinâmica, o ponto triplo é um estado particular de uma substância determinado por valores de temperatura e pressão, no qual as três fases ou estados físicos da substância (sólido, líquido e gasoso) coexistem em equilíbrio.[1]

O ponto triplo do dióxido de carbono (CO2), por exemplo, ocorre na temperatura de 216,55 K e à pressão de 517 kPa. Já o ponto triplo do mercúrio ocorre à temperatura de −38,83440 °C e à pressão de 0,2 mPa.

Além do ponto triplo entre sólido, líquido e gasoso, podem existir pontos triplos envolvendo mais de uma fase sólida, nas substâncias com polimorfismo. Em geral, para um sistema com p fases possíveis, existem pontos triplos.[1]

Note que a pressão aqui referida é a pressão de vapor da substância — não a pressão total do sistema.

O ponto triplo da água é dado por definição - não por uma medição exata. É usado para definir o kelvin, a unidade de temperatura termodinâmica no Sistema Internacional de Unidades.[2][3] Os pontos triplos de várias substâncias são usados para definir pontos na Escala Internacional de Temperaturas de 1990 (ITS-90), que vai desde o ponto triplo do hidrogênio (13,8033 K) até o ponto triplo da água (273,16 K, 0,01 °C ou 32,018 °F)

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

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

A única combinação de pressão e temperatura na qual os três estados físicos da água (sólido (gelo), gasoso (vapor) e líquido) podem coexistir em equilíbrio estável ocorre exatamente quando a temperatura é de 273,16 kelvins (0,01 °C) e a pressão é de 611,73 pascals (cerca de 0,006 bar; 0,0060373 atm). Nesse ponto, é possível mudar toda a substância para gelo, água ou vapor fazendo pequenas mudanças na temperatura e pressão.

Diagrama de fases: a linha verde pontilhada indica o comportamento anômalo da água.

O ponto triplo sólido-líquido-gás corresponde à mínima pressão na qual a água líquida pode existir. Sob pressões abaixo do ponto triplo (como no espaço sideral), o gelo, quando aquecido a uma pressão constante, converte-se diretamente em vapor de água, num processo conhecido como sublimação. Acima do ponto triplo, o gelo, quando aquecido a uma pressão constante, primeiro derrete, formando água líquida, e depois evapora ou ferve, passando ao estado gasoso (vapor).

Para a maioria das substâncias, o ponto triplo também é a mínima temperatura na qual o líquido pode existir. Para a água, porém, isto não é verdade, por causa de seu comportamento anômalo[4] que faz com que o ponto de fusão do gelo diminua com o aumento da pressão, conforme mostra a linha verde pontilhada, no diagrama de fases (ver figura). A uma temperatura um pouco abaixo do ponto triplo (entre 251–273 K), a compressão a temperatura constante transforma o vapor de água, primeiro, em gelo I e depois em água líquida (o gelo tem uma densidade menor do que a água líquida, de modo que um aumento de pressão leva à liquefação).

Durante a missão Mariner 9, da NASA, para Marte, a pressão do ponto triplo da água foi usada como ponto de referência para o "nível do mar". Missões mais recentes utilizam altimetria a laser e medições da gravidade, em vez da pressão, para definir elevações em Marte.[5]

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

Em altas temperaturas, a água tem um diagrama de fases complexo com quinze 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 em que três fases sólidas coexistam em equilíbrio, como a 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).[6]

Substância T [K] p [kPa]*
Acetileno 192,4 120
Amoníaco 195,40 6,076
Argônio 83,81 68,9
Arsênio 1090 3628
Butano 134,6 7 × 10−4
Carbono (grafite) 4765 10132
Dióxido de carbono 216,55 517
Monóxido de carbono 68,10 15,37
Clorofórmio 175,43 0,870
Deuterio 18,63 17,1
Etano 89,89 8 × 10−4
Etanol 150 4,3 × 10−7
Etileno 104,0 0,12
Ácido fórmico 281,40 2,2
Hélio-4 (ponto lambda) 2,19 5,1
Hexafluoroetano 173,08 26,60
Hidrogênio 13,84 7,04
Cloreto de Hidrogênio 158,96 13,9
Iodo[7] 386,65 12,07
Isobutano[8] 113,55 1,9481 × 10−5
Mercúrio 234,2 1,65 × 10−7
Metano 90,68 11,7
Neon 24,57 43,2
Óxido nítrico 109,50 21,92
Nitrogênio 63,18 12,6
Óxido nitroso 182,34 87,85
Oxigênio 54,36 0,152
Paládio 1825 3,5 × 10−3
Platina 2045 2,0 × 10−4
Dióxido de enxofre 197,69 1,67
Titânio 1941 5,3 × 10−3
Hexafluoreto de urânio 337,17 151,7
Água 273,16 0,6117
Xenônio 161,3 81,5
Zinco 692,65 0,065

* Nota: Para fins de comparação, a pressão atmosférica típica é 101,325 kPa (1 atm).

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. a b IUPAC Gold Book.[1] Acessado em 07/08/2013.
  2. (em inglês) IUPAC Compendium of Chemical Terminology: kelvin.
  3. (em inglês) BIPM. Definition of the kelvin
  4. Anomalia da água. Por Domiciano Correa Marques da Silva. Mundo Educação.
  5. Carr, Michael H. (2007). The Surface of Mars. [S.l.]: Cambridge University Press. p. 5. ISBN 0-521-87201-4 
  6. Cengel, Yunus A.; Turner, Robert H. (2004). Fundamentals of thermal-fluid sciences. Boston: McGraw-Hill. p. 78. ISBN 0-07-297675-6 
  7. Walas, S. M. (1990). Chemical Process Equipment – Selection and Design. Amsterdam: Elsevier. p. 639. ISBN 0-7506-7510-1 
  8. Veja en:Isobutane (data page)

Ligações externas[editar | editar código-fonte]