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
(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
atm. Para resolver vou usar conceitos de diagrama de fases
–
, equilíbrio de fases e condição de pureza e de fechamento do sistema.
Passo 2
O ponto triplo de uma substância é o único par
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
Passo 3
Para medir o ponto triplo da água é necessário um sistema fechado, contendo somente
, pois o equilíbrio exige que a pressão total do vapor seja exatamente
. Num recipiente aberto com ar a
atm, a pressão total não pode ajustar-se a
Pa sem bombas ou vácuo, e o ar impede que o vapor de água atinja exatamente a pressão de equilíbrio. Logo, sob
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
em que sólido, líquido e gás coexistem em equilíbrio num diagrama de fases.
(b) Não. Num recipiente aberto contendo ar a atm não se atinge a pressão de vapor de equilíbrio (
Pa) nem se tem um sistema fechado e puro de
, logo não se observa o ponto triplo.
(b) Não. Num recipiente aberto contendo ar a