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 os três fases de agregação 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 p = \tfrac{p!}{(p-3)!3!} 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, isto é, 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 subtâncias, 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 maior 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]

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[7] 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[8] 175.43 &0000000000000000.870000 0.870
Deuterio 18.63 &0000000000000017.100000 17.1
Etano 89.89 &-1-1-10000000000000.000800 8 × 10−4
Etanol[9] 150 &-1-1-1-1-1-10000000000.000000 4.3 × 10−7
Etileno 104.0 &0000000000000000.120000 0.12
Ácido fórmico[10] 281.40 &0000000000000002.200000 2.2
Hélio-4 (ponto lambda) 2.19 &0000000000000005.100000 5.1
Hexafluoroetano[11] 173.08 &0000000000000026.600000 26.60
Hidrogênio 13.84 &0000000000000007.040000 7.04
Cloreto de Hidrogênio 158.96 &0000000000000013.900000 13.9
Iodo[12] 386.65 &0000000000000012.070000 12.07
Isobutano[13] 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 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 Cambridge University Press [S.l.] 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. Veja en:Butane (data page)
  8. Veja en:Chloroform (data page)
  9. Veja en:Ethanol (data page))
  10. Veja en:Formic acid (data page)
  11. Veja en:Hexafluoroethane (data page)
  12. Walas, S. M. (1990). Chemical Process Equipment – Selection and Design (Amsterdam: Elsevier). p. 639. ISBN 0-7506-7510-1. 
  13. Veja en:Isobutane (data page)

Ligações externas[editar | editar código-fonte]