PUNTO TRIPLE DEL AGUA
El punto triple es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado sólido sólido,, el estado líquido y el estado gaseoso de una sustancia sustancia.. Se define con unatemperatura unatemperatura y una presión de vapor . El punto triple del agua agua,, por ejemplo, está a 273,16 K (0,01 °C °C)) y a una presión de 611,73 Pa ITS90 ITS90.. Esta temperatura, debido a que es un valor constante, sirve para calibrar calibrar las las escalas Kelvin y Celsius de los termómetros termómetrosde de mayor precisión. La única combinación de presión y temperatura a la que el agua, hielo y vapor de agua pueden coexistir en un equilibrio estable se produce exactamente a una temperatura de 273,1598 K (0,0098 °C °C)) y a una presión parcial de vapor de agua de 611,73 pascales (6,1173 milibares; 0,0060373057 atm). En esas condiciones, es posible cambiar el estado de toda la masa de agua a hielo, agua líquida o vapor arbitrariamente haciendo pequeños cambios en la presión y la temperatura. Se debe tener en cuenta que incluso si la presión total de un sistema está muy por encima de 611,73 pascales (es decir, un sistema con una presión atmosférica normal), si la presión parcial del vapor de agua es 611,73 pascales, entonces el sistema puede encontrarse aún en el punto triple del agua . Estrictamente hablando, las superficies que separan las distintas fases también debe ser perfectamente planas, para evitar los efectos de las tensiones de superficie.
El agua tiene un inusual y complejo diagrama de fase (aunque esto no afecta a las consideraciones generales expuestas sobre el punto triple). A altas temperaturas, incrementando la presión, primero se obtiene agua líquida y, a continuación, agua sólida. Por encima de 109 Pa aproximadamente se obtiene una forma cristalina de hielo que es más denso que el agua líquida. A temperaturas más bajas en virtud de la compresión, el estado líquido deja de aparecer y el agua pasa directamente de sólido a gas. A presiones presiones constantes constantes por encima del del punto triple, calentar calentar hielo hielo hace que se pase de sólido a líquido y de éste a gas (o vapor). A presiones por debajo del punto triple, como las encontradas en el espacio exterior, donde la presión es cercana a cero, el agua líquida no puede existir y, al calentarse, el hielo se convierte directamente en vapor de agua sin pasar por el estado líquido, proceso conocido como sublimación.
La presión del punto triple del agua fue utilizada durante la misión Mariner 9 a Marte como un punto de referencia para definir "el nivel del mar". Misiones más recientes hacen uso de altimetría láser y gravimetría en lugar de la presión atmosférica para medir la elevación en Marte.
A diferencia del punto de congelacion y del punto de ebullicion, que dependen de la presion, el punto triple es una propiedad fija. Se utiliza para definir el kelvin, la unidad de temperatura termodinamica,por definicion, hay exactamente 273.16 K entre el punto triple del agua y el cero absoluto.
A
dA
diferencia del punto de congelación y del punto deebullición, que dependenefinició
La existencia de los 3 estados de la materia se debe a la naturaleza misma del agua. El agua al estar formada por 2 atomos de hidrogeno y una de oxígeno (H2O). Esta molecula, aunque es electricamente neutra, es polar: tiene un polo positivo (los 2 hidrogenos), y otro negativo (el oxígeno), lo que le dá a la molecula la capacidad de estar en estado líquido a temperatura y presión normales. (los lados positivos atraen a los negativos de otra molecula de agua, ordenandose y manteniendolas unidas. Esta fuerza no es la suficiente como para hacer un sólido, pero es lo suficientemente fuerte para mantenerla liquida). La temperatura de Congelación del agua es de 0ºcelcius (a una atmosfera de presion), en este punto, los puentes de hidrógeno del agua se empiezan a ordenar de manera regular, convirtiendola en un sólido cristalino; Hielo. (los puentes de hidrogeno son un tipo de union entre 2 atomos electronegativos como el Oxigeno-, y un Hidrogeno en el medio) La Temperatura de Ebullicion del agua es de 100ºc (a una atm de presion), en este punto, las moleculas tienen tanta energia (el calor es energia), que rompen sus puentes de hidrógeno y quedan libres, como un gas (Vapor). Es por esta razon que el agua puede estar como gas, liquida o solida.
Fases •
•
•
Una fase es una región espacial donde la composición es homogénea. Una fase de una sustancia es una forma de la materia que es uniforme en su composición química y estado físico en todos sus puntos (Qu ím ic a Físi c a, At ki ns , 6ta ed ., Ed. Omeg a, Barcelona, 1998 ) A presión fija, la transición de fase se produce a la temperatura de transición que es característica de cada sustancia.
GAS LÍQUIDO SÓLIDO
LÍQUIDO
Tf
Ts
SÓLIDO
Tv GAS
P determinada
La fase más estable es la que tiene menor a una determinada P y T Liquido Sólido
T1
T1
T2
T3
líquido
T2
sólido
T3
líquido
>
> >
sólido
líquido gas
Los puntos de intersección entre dos rectas corresponde a la transición de fase A las temperaturas de transición de fase:
es igual para las dos fases
A la Tfusión sólido
=
líquido
A la Tebullición líquido
=
gas
El H 2O es la excepción
•
La presión disminuye la T fusión
Vm (s) > Vm (l) GAS LÍQUIDO SÓLIDO
Sólido Líquido
Puntos de fusión y puntos triples En el punto triple coexisten las tres fases. La condición de equilibrio exigen que los potenciales químicos sean los mismos s
l
g
Regla de las fases
F C P 2 F 1 P 2
F 3 P
F= varianza Es el número de variables intensivas que se pueden modificar independientemente sin perturbar el número de fases en equilibrio El número total de variables intensivas es 2 (Presión y Temperatura)
ANEXO Tabla de puntos triples En esta tabla se incluyen los puntos triples de algunas sustancias comunes. Estos datos están basados en los proporcionados por la National Bureau of Standards (ahora NIST) de los EE.UU de América.1
Sustancia
T (K)
P (kPa)
Acetileno
192,4
Amoníaco
195,40 6,076
120
Argón
83,81
68,9
Grafito
3900
10100
Dióxido de carbono
216,55 517
Monóxido de carbono
68,10
15,37
Deuterio
18,63
17,1
Etano
89,89
8 × 10
Etileno
104,0
0,12
−4
Helio-4
2,19
5,1
Hidrógeno
13,84
7,04
Cloruro de hidrógeno
158,96 13,9
−7
Mercurio
234,2
1,65 × 10
Metano
90,68
11,7
Neón
24,57
43,2
Óxido nítrico
Nitrógeno
109,50 21,92
63,18
12,6
Óxido nitroso
182,34 87,85
Oxígeno
54,36
0,152
Paladio
1825
3,5 × 10
Platino
2045
2,0 × 10
Dióxido de azufre
Titanio
−4
197,69 1,67
1941
5,3 × 10
Hexafluoruro de uranio 337,17 151,7
Agua
−3
273,16 0,61
−3
Xenón
Zinc
161,3
81,5
692,65 0,065
