Hay un punto donde el agua está en tres estados al mismo tiempo: sólido, líquido y vapor. Es bien sabido que en condiciones normales el agua se evapora a 100ºC y se congela a 0ºC, pero aunque parezca sorprendente, hay un punto en el que el agua puede cambiar de sólida a vapor o viceversa. Se llama Triple punto, una situación donde los tres estados coexisten en equilibrio.
¿Cómo es posible que el agua esté en varios estados al mismo tiempo? Para hacer esto, debemos entender cómo funcionan los cambios de fase. En condiciones normales con la presión atmosférica habitual, a cero grados Celsius el agua cambia de hielo a agua líquida. Lo mismo ocurre a los 100 grados, donde el agua se evapora. Se sabe que en la cima de las montañas más altas el agua hierve a menor temperatura.
Para llegar al punto triple del agua, la temperatura de ebullición debe ser igual a la temperatura de congelación. ¿Y cómo se consigue esto? La respuesta está en la presión.
Hielo, agua y vapor al mismo tiempo
Con las condiciones adecuadas de temperatura y presión, el agua puede alcanzar el punto triple. Ese punto donde la fase gaseosa, la fase líquida y la fase sólida coinciden al mismo tiempo.
¿En qué situación el agua alcanza estas condiciones? Para obtener el punto triple, debemos reducir la presión considerablemente, como si estuviéramos casi en el vacío.
El punto triple del agua se alcanza a una temperatura de 0.0098 ° C o 273.16 K, pero la presión no es de 1 atm como es normal, sino de 611.73 Pascal o lo mismo: 0.0060373057 atm. Con estas condiciones, logramos el punto de ebullición del agua desciende a 0,01ºC y el punto de fusión aumenta ligeramente de 0 ° C a 0,01 ° C.
A una temperatura de 0.01ºC y con la baja presión mencionada, el agua puede hervir y congelar al mismo tiempo. Un efecto que choca radicalmente con lo que observamos en la naturaleza, pero perfectamente contemplado por las leyes de la Termodinámica.
Cómo llegar al punto triple en la práctica
El punto triple del agua es 611,73 Pa, según la escala internacional de temperatura ITS90. Esto equivale a aproximadamente 165 veces menos presión de lo normal en la atmósfera terrestre.
Obtener esta baja presión para poder apreciar el punto triple en el laboratorio no es fácil, ya que un mínimo efecto de tensión en la superficie del material utilizado puede ser suficiente para desequilibrar el estado.
De hecho, el punto triple del agua es tan estable que Kelvin se define a partir de eso. Para un Kelvin es 1 / 273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.
El punto triple es la presión mínima a la que hay agua líquida. Este es un punto fundamental, porque, por ejemplo, en el vacío, el hielo se sublima directamente y se convierte en gas sin pasar por la fase líquida. Al menos esta presión de 611,73 Pa es necesaria para que el agua exista en forma líquida.
El agua no es el único elemento que tiene un punto triple, pero tiene sus peculiaridades. En la mayoría de las sustancias, el valor de este triple punto coincide precisamente con la temperatura mínima a la que existe la fase líquida, pero no en el agua. En todas las sustancias, existe un solo punto triple específico de presión y temperatura donde conviven las tres fases.
Para llegar al punto triple del agua, es necesario que el tubo donde se realiza el experimento esté seco y limpio. Como se explica EJES, una empresa de calibración y validación, primero se realiza un baño de hielo y luego se agrega gradualmente hielo seco y alcohol etílico. UN proceso que puede tardar más de una semana y donde juegas con otros fluidos similares para transferir energía y cambiar la temperatura.
Tal como se describe Ivan Galinskiy en su texto ‘Hacer una celda de punto triple en casa’, el contenedor debe ser lo suficientemente apretado para mantener la presión baja y estará entre -10 y 100ºC aproximadamente. Una opción que propone es una pequeña botella de Schweppes, junto con trozos de vidrio para promover la formación de burbujas y cinta hermética para aislar la botella. La obtención del punto triple del agua se puede hacer por diferentes métodos, pero el efecto de visualizar hielo, líquido y hervir al mismo tiempo es siempre fascinante.
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