Ponto Triplo: Características da Água, Ciclohexano e Benzeno

O ponto triplo é um termo no campo da termodinâmica que se refere à temperatura e pressão em que existem simultaneamente três fases de uma substância em um estado de equilíbrio termodinâmico. Este ponto existe para todas as substâncias, embora as condições em que são alcançadas variem bastante entre cada uma.

Um ponto triplo também pode envolver mais de uma fase do mesmo tipo para uma substância específica; isto é, duas fases de sólido, fluido ou gás são observadas. O hélio, em particular seu isótopo hélio-4, é um bom exemplo de um ponto triplo que envolve duas fases de fluido individuais: fluido normal e superfluido.

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Recursos de ponto triplo

O ponto triplo da água é usado para definir Kelvin, a unidade base termodinâmica de temperatura no sistema internacional de unidades (SI). Este valor é definido por definição em vez de medido.

Os pontos triplos de cada substância podem ser observados com o uso de diagramas de fases, que são gráficos que permitem demonstrar as condições limitantes das fases sólida, líquida, gasosa (e outras, em casos especiais) de uma substância enquanto ela está sendo usada. exercer mudanças de temperatura, pressão e / ou solubilidade.

Uma substância pode ser encontrada no seu ponto de fusão no qual o sólido encontra o líquido; Também pode ser encontrado em seu ponto de ebulição, onde o líquido encontra o gás. No entanto, é no ponto triplo que as três fases são atingidas. Esses diagramas serão diferentes para cada substância, como será visto mais adiante.

O ponto triplo pode ser usado efetivamente na calibração de termômetros, utilizando células de ponto triplo.

São amostras de substâncias em condições isoladas (dentro das “células” de vidro) que estão em seu ponto triplo com condições conhecidas de temperatura e pressão, facilitando assim o estudo da precisão das medições do termômetro.

O estudo desse conceito também foi utilizado na exploração do planeta Marte, no qual se tentou conhecer o nível do mar durante as missões realizadas na década de 1970.

Ponto triplo da água

As condições precisas de pressão e temperatura nas quais a água coexiste em suas três fases de equilíbrio – água líquida, gelo e vapor – ocorrem a uma temperatura de exatamente 273,16 K (0,01 ° C) e a uma pressão parcial de vapor de 611.656 pascais (0,00603659 atm).

Nesse ponto, é possível converter a substância em qualquer uma das três fases com alterações mínimas de temperatura ou pressão. Mesmo que a pressão total do sistema possa estar acima da exigida para o ponto triplo, se a pressão parcial de vapor for 611.656 Pa, o sistema alcançará o ponto triplo da mesma maneira.

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É possível observar na figura anterior a representação do ponto triplo (ou ponto triplo , em inglês) de uma substância cujo diagrama é semelhante ao da água, de acordo com a temperatura e a pressão necessárias para atingir esse valor.

No caso da água, esse ponto corresponde à pressão mínima na qual a água líquida pode existir. Em pressões abaixo deste ponto triplo (por exemplo, no vácuo) e quando o aquecimento sob pressão constante é usado, o gelo sólido é convertido diretamente em vapor de água sem passar por líquido; Este é um processo chamado sublimação.

Além dessa pressão mínima (P tp ), o gelo derrete primeiro para formar água líquida, e somente aí evapora ou ferve para formar vapor.

Para muitas substâncias, o valor da temperatura em seu ponto triplo é a temperatura mínima na qual a fase líquida pode existir, mas isso não ocorre no caso da água. Para a água, isso não acontece, pois o ponto de fusão do gelo diminui em função da pressão, como mostra a linha pontilhada verde na figura anterior.

Nas fases de alta pressão, a água possui um diagrama de fases bastante complexo, no qual são mostradas quinze fases de gelo conhecidas (em diferentes temperaturas e pressões), além de dez pontos triplos diferentes, exibidos na figura a seguir:

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Pode-se notar que, sob condições de alta pressão, pode haver gelo em equilíbrio com o líquido; O diagrama mostra que os pontos de fusão aumentam com a pressão. A baixas temperaturas constantes e pressão crescente, o vapor pode ser transformado diretamente em gelo, sem passar pela fase líquida.

Também são mostradas neste diagrama as diferentes condições que ocorrem nos planetas onde o ponto triplo foi estudado (Terra ao nível do mar e na área equatorial de Marte).

O diagrama deixa claro que o ponto triplo varia dependendo da localização por razões de pressão e temperatura atmosféricas, e não apenas pela intervenção do pesquisador.

Ponto triplo de ciclohexano

O ciclo-hexano é um cicloalcano que possui a fórmula molecular de C 6 H 12 . Esta substância tem a particularidade de possuir condições de triplo ponto que podem ser facilmente reproduzidas, como no caso da água, pois esse ponto está localizado a uma temperatura de 279,47 K e uma pressão de 5.388 kPa.

Sob estas condições, o composto foi observado fervendo, solidificando e derretendo com mudanças mínimas de temperatura e pressão.

Ponto triplo do benzeno

Em um caso semelhante ao ciclo-hexano, o benzeno (composto orgânico com a fórmula química C 6 H 6 ) possui condições de ponto triplo facilmente reproduzíveis em laboratório.

Seus valores são 278,5 K e 4,83 kPa, portanto, a experimentação com esse componente no nível iniciante também é comum.

Referências

  1. Wikipedia (sf). Wikipedia Obtido em en.wikipedia.org
  2. Britannica, E. (1998). Enciclopédia Britânica. Obtido em britannica.com
  3. Poder, N. (sf). Energia Nuclear Obtido em nuclear-power.net
  4. Wagner, W., Saul, A., & Prub, A. (1992). Equações internacionais para a pressão ao longo do derretimento e ao longo da curva de sublimação da água comum. Bochum
  5. Penoncello, SG, Jacobsen, RT e Goodwin, AR (1995). Formulação de propriedades termodinâmicas para ciclohexano.

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