- Característiques del punt triple
- Punt triple de l'aigua
- Punt triple de l'ciclohexà
- Punt triple de l'benzè
- referències
El punt triple és un terme en el camp de la termodinàmica que fa a la temperatura i pressió en la qual existeixen simultàniament tres fases d'una substància en un estat d'equilibri termodinàmic. Aquest punt ha per a totes les substàncies, encara que les condicions en què s'aconsegueixen varien enormement entre cadascuna.
Un punt triple també pot involucrar més d'una fase d'ell mateix tipus per a una substància en específic; és a dir, que s'observen dues fases de sòlid, fluid o gas diferents. L'heli, en particular el seu isòtop heli-4, és un bon exemple d'un punt triple involucrant dues fases de fluid individuals: fluid normal i superfluid.
Característiques del punt triple
El punt triple de l'aigua és utilitzat per definir a l'kelvin, la unitat base de temperatura termodinàmica en el sistema internacional d'unitats (SI). Aquest valor és fixat per definició en comptes de mesurat.
Els punts triples de cada substància poden ser observats amb l'ús de diagrames de fase, els quals són gràfiques traçades que permeten demostrar les condicions limitants de les fases sòlides, líquides, gasoses (i altres, en casos especials) d'una substància que es deixa exerceixen canvis de temperatura, pressió i / o solubilitat.
Una substància es pot trobar en el seu punt de fusió en el qual el sòlid es troba amb el líquid; també pot trobar-se en el seu punt d'ebullició en el qual el líquid es troba amb el gas. No obstant això, és en el punt triple a on les tres fases s'aconsegueixen. Aquests diagrames seran diferents per a cada substància, com es veurà més endavant.
El punt triple es pot utilitzar de manera efectiva en el calibratge de termòmetres, fent ús de cèl·lules de triple punt.
Aquestes són mostres de substàncies en condicions aïllades (dins «cèl·lules» de vidre) que es troben en el seu punt triple amb condicions de temperatura i pressió conegudes, i així faciliten l'estudi de la precisió dels mesuraments de el termòmetre.
També s'ha utilitzat l'estudi d'aquest concepte en l'exploració de la planeta Mart, en el qual es va intentar conèixer el nivell de la mar durant missions que es van dur a terme a la dècada dels anys 1970.
Punt triple de l'aigua
Les condicions precises de pressió i temperatura a les quals coexisteix l'aigua en les seves tres fases en equilibri -aigua líquida, gel i vapor- ocorren a una temperatura d'exactament 273,16 K (0,01 ºC) i una pressió parcial de vapor d' 611,656 pascals (0,00603659 atm).
En aquest punt és possible la conversió de la substància a qualsevol de les tres fases amb mínims canvis en la seva temperatura o pressió. Tot i que la pressió total de sistema podria ubicar per sobre de la requerida per al punt triple, si la pressió parcial de vapor es troba a 611,656 Pa, el sistema arribarà de la mateixa manera a punt triple.
És possible observar a la figura anterior la representació del punt triple (o triple point, en anglès) d'una substància el diagrama és similar a el de l'aigua, d'acord amb la temperatura i pressió requerida per assolir aquest valor.
En el cas de l'aigua, aquest punt correspon a la pressió mínima a la qual l'aigua líquida pot existir. A pressions menors a aquest punt triple (per exemple, en el buit) i quan s'utilitzi un escalfament a pressió constant, el gel sòlid es convertirà directament a vapor d'aigua sense passar per líquid; aquest és un procés anomenat sublimació.
Més enllà d'aquesta pressió mínima (P tp), el gel primer es fondrà per formar aigua líquida, i només aquí s'evaporarà o bullirà per formar vapor.
Per a moltes substàncies el valor de temperatura en el seu punt triple és la mínima temperatura a la qual la fase líquida pot existir, però això no passa en el cas de l'aigua. Per a l'aigua això no succeeix, ja que el punt de fusió de gel decreix en funció de la pressió, com es mostra amb la línia puntejada verda de la figura anterior.
En fases d'alta pressió l'aigua posseeix un diagrama de fases força complex, en qual es mostren quinze fases de gel conegudes (a diferents temperatures i pressions), a més de deu punts triples diferents que es visualitzen en la figura següent:
Es pot notar que, en condicions d'alta pressió, el gel pot existir en equilibri amb el líquid; el diagrama demostra que els punts de fusió incrementen amb la pressió. A baixes temperatures constants i fent increment de pressió, el vapor pot transformar-se directament a gel, sense passar per la fase líquida.
També es representen en aquest diagrama les condicions diferents que ocorren en els planetes on s'ha estudiat el punt triple (Terra a nivell de la mar ia la zona equatorial de Mart).
El diagrama deixa clar que el punt triple varia depenent de la ubicació per raons de pressió i temperatura atmosfèriques, i no només per intervenció de l'experimentador.
Punt triple de l'ciclohexà
El ciclohexà és un cicloalcano que posseeix la fórmula molecular de C 6 H 12. Aquesta substància té la peculiaritat de posseir condicions de punt triple que es poden reproduir amb facilitat, com en el cas de l'aigua, ja que aquest punt se situa a una temperatura de 279,47 K i una pressió de 5,388 kPa.
En aquestes condicions s'ha observat a l'compost bullint, solidificant i fonent amb mínims canvis de temperatura i pressió.
Punt triple de l'benzè
En un cas similar a l'ciclohexà, el benzè (compost orgànic amb la fórmula química C 6 H 6) posseeix condicions de triple punt fàcilment reproduïbles en un laboratori.
Els seus valors són 278,5 K i 4,83 kPa, de manera que també és comú l'experimentació amb aquest component a nivell de principiant.
referències
- Wikipedia. (Sf). Wikipedia. Obtingut de en.wikipedia.org
- Britannica, I. (1998). Encyclopedia Britannica. Obtingut de britannica.com
- Power, N. (sf). Nuclear Power. Obtingut de nuclear-power.net
- Wagner, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). International Equations for the Pressure along the Melting and along the sublimation Curve of Ordinary Water. Bochum.
- Penoncello, SG, Jacobsen, RT, & Goodwin, AR (1995). A Thermodynamic Property Formulation for Cyclohexane.