Qual o significado do ponto triplo em um diagrama de fases? (b) Você poderia medir o ponto triplo da água medindo a temperatura em um recipiente no qual vapor de água, água líquida e gelo estão em equilíbrio sob uma atmosfera de ar? Explique.
(a) O ponto triplo em um diagrama de fases representa a temperatura na qual as fases gasosa, líquida e sólida estão em equilíbrio.
(b) Não. Um diagrama de fases representa um sistema fechado, onde nenhuma matéria pode escapar e nenhuma substância além da considerada está presente; o ar não pode estar presente no sistema. Mesmo que o ar seja excluído, a 1 atm de pressão externa, o ponto triplo da água é inacessível, independentemente da temperatura

Passo 1

O enunciado pergunta primeiro o que é o ponto triplo num diagrama de fases e depois se eu poderia medir o ponto triplo da água mantendo gelo, água líquida e vapor em equilíbrio num recipiente aberto, contendo também ar, sob pressão de 1 atm. Para resolver vou usar conceitos de diagrama de fases P T, equilíbrio de fases e condição de pureza e de fechamento do sistema.

Passo 2

O ponto triplo de uma substância é o único par (P,T) em que as três fases — sólida, líquida e gasosa — coexistem em equilíbrio termodinâmico. Num diagrama de fases, é o ponto onde as três curvas de equilíbrio (fusão, vaporização e sublimação) se cruzam. Para a água, esse ponto ocorre em
T_\text{triplo} = 273{,}16\text{ K},\quad P_\text{triplo} = 611{,}657\text{ Pa}.

Passo 3

Para medir o ponto triplo da água é necessário um sistema fechado, contendo somente \mathrm{H_2O}, pois o equilíbrio exige que a pressão total do vapor seja exatamente P_\text{triplo}. Num recipiente aberto com ar a 1 atm, a pressão total não pode ajustar-se a 611 Pa sem bombas ou vácuo, e o ar impede que o vapor de água atinja exatamente a pressão de equilíbrio. Logo, sob 1 atm de ar, ou o gelo derrete e vira água líquida, ou a água evapora até se esgotar, mas não teremos estabilidade simultânea das três fases.

Resposta

(a) O ponto triplo é o único par (P,T) em que sólido, líquido e gás coexistem em equilíbrio num diagrama de fases.
(b) Não. Num recipiente aberto contendo ar a 1 atm não se atinge a pressão de vapor de equilíbrio ( 611{,}657 Pa) nem se tem um sistema fechado e puro de \mathrm{H_2O}, logo não se observa o ponto triplo.

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