O ponto Triplo é um termo no campo da termodinâmica que se refere à temperatura e pressão em que três fases de uma substância existem simultaneamente em um estado de equilíbrio termodinâmico. Este ponto existe para todas as substâncias, embora as condições em que são alcançadas variem enormemente entre cada uma..
Um ponto triplo também pode envolver mais de uma fase do mesmo tipo para uma substância específica; isto é, duas fases diferentes sólidas, fluidas ou gasosas são observadas. O hélio, em particular seu isótopo hélio-4, é um bom exemplo de um ponto triplo envolvendo duas fases fluidas individuais: fluido normal e superfluido..
O ponto triplo da água é usado para definir o kelvin, a unidade básica da temperatura termodinâmica no sistema internacional de unidades (SI). Este valor é definido por definição e não medido..
Os pontos triplos de cada substância podem ser observados com o uso de diagramas de fase, que são gráficos plotados que permitem demonstrar as condições limitantes das fases sólida, líquida, gasosa (e outras, em casos especiais) de uma substância durante o seu exercício. mudanças na temperatura, pressão e / ou solubilidade.
Uma substância pode ser encontrada em 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. Porém, é no ponto triplo que as três fases são alcançadas. Esses diagramas serão diferentes para cada substância, como será visto mais tarde.
O ponto triplo pode ser usado efetivamente na calibração do termômetro, fazendo uso de células de ponto triplo.
São amostras de substâncias em condições isoladas (dentro de “células” de vidro) que estão em seu ponto triplo com condições conhecidas de temperatura e pressão, facilitando assim o estudo da precisão das medidas do termômetro..
O estudo desse conceito também foi utilizado na exploração do planeta Marte, em que se tentou conhecer o nível do mar durante missões realizadas na década de 1970..
As condições precisas de pressão e temperatura nas quais a água coexiste em suas três fases em equilíbrio - água líquida, gelo e vapor - ocorrem a uma temperatura de exatamente 273,16 K (0,01 ºC) e uma pressão parcial de vapor de 611,656 pascal (0,00603659 atm).
Neste ponto, a conversão da substância em qualquer uma das três fases é possível com mudanças mínimas em sua temperatura ou pressão. Mesmo que a pressão total do sistema possa estar acima da exigida para o ponto triplo, se a pressão parcial do vapor estiver em 611.656 Pa, o sistema atingirá o ponto triplo da mesma forma..
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 pressão necessárias para atingir este valor.
No caso da água, este ponto corresponde à pressão mínima em que a água líquida pode existir. Em pressões menores que este ponto triplo (por exemplo, no vácuo) e quando o aquecimento de pressão constante é usado, o gelo sólido se converterá diretamente em vapor d'água sem passar pelo líquido; este é um processo chamado sublimação.
Além desta pressão mínima (Ptp), o gelo primeiro derreterá para formar água líquida e só então evaporará ou ferverá para formar vapor.
Para muitas substâncias o valor da temperatura em seu ponto triplo é a temperatura mínima em que a fase líquida pode existir, mas isso não acontece no caso da água. Para a água isso não acontece, pois o ponto de derretimento do gelo diminui em função da pressão, conforme mostrado pela linha pontilhada verde na figura anterior..
Nas fases de alta pressão, a água apresenta um diagrama de fases bastante complexo, no qual são mostradas quinze fases conhecidas do gelo (em diferentes temperaturas e pressões), além de dez diferentes pontos triplos que são visualizados na figura a seguir:
Pode-se notar que, sob condições de alta pressão, o gelo pode existir em equilíbrio com o líquido; o diagrama mostra que os pontos de fusão aumentam com a pressão. Em baixas temperaturas constantes e pressão crescente, o vapor pode se transformar diretamente em gelo, sem passar pela fase líquida..
As diferentes condições que ocorrem nos planetas onde o ponto triplo foi estudado (Terra ao nível do mar e na zona equatorial de Marte) também estão representadas neste diagrama..
O diagrama deixa claro que o ponto triplo varia dependendo da localização por razões de pressão atmosférica e temperatura, e não apenas por causa da intervenção do experimentador..
O ciclohexano é um cicloalcano que possui a fórmula molecular C6H12. Essa substância tem a particularidade de possuir condições de ponto triplo que podem ser facilmente reproduzidas, como no caso da água, visto que este ponto está localizado a uma temperatura de 279,47 K e pressão de 5,388 kPa.
Nessas condições, observou-se que o composto fervia, solidificava e derretia com mudanças mínimas de temperatura e pressão..
Em um caso semelhante ao ciclohexano, benzeno (um composto orgânico com a fórmula química C6H6) tem condições de ponto triplo facilmente reproduzíveis em um laboratório.
Seus valores são 278,5 K e 4,83 kPa, então a experimentação com este componente no nível iniciante também é comum..
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