Ciencias

cuando el hielo, el agua líquida y el vapor ocurren simultáneamente

Hay un punto donde el agua se encuentra tres modos simultáneamente: sólido, líquido y vapor. Es bien sabido que, en condiciones normales, el agua se evapora a 100 ° C y se congela a 0 ° C, pero si bien puede parecer sorprendente, hay un punto en el que el agua puede pasar de sólido a vapor o viceversa. Se llama triple punto, una situación en la que los tres estados están en paralelo en equilibrio.

¿Cómo es posible que el agua esté en varios estados al mismo tiempo? Para hacer esto, necesitamos entender cómo funcionan los cambios de fase. En condiciones normales de presión atmosférica normal, el agua a cero grados Celsius se transfiere del hielo al agua líquida. Lo mismo ocurre a cien 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 el punto de ebullición debe ser igual al punto de congelación. ¿Y cómo se consigue eso? La respuesta se encuentra en la presión.

Hielo, agua y vapor al mismo tiempo

Diagrama de fase del agua Diagrama de fases del agua. Imagen: Wikipedia.

En las condiciones adecuadas de temperatura y presión, el agua puede alcanzar un triple punto. El punto en el que la fase gaseosa, la fase líquida y la fase sólida coinciden simultáneamente.

¿En qué situación el agua alcanza estas condiciones? Para obtener un punto triple tenemos que 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 1 atm normal, sino 611,73 pascales o lo mismo: 0,0060373057 atm. En estos términos lo logramos el punto de ebullición del agua desciende a 0,01 ° C y el punto de fusión aumenta ligeramente de 0 ° C a 0,01 ° C.

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A una temperatura de 0,01 ºC y a dicha baja presión, el agua puede hervir y congelar al mismo tiempo. Un efecto que choca radicalmente con lo que percibimos en la naturaleza, pero que las leyes de la termodinámica consideran cuidadosamente.

Cómo lograr un triple punto en la práctica

El punto triple del agua es 611,73 Pa según la escala de temperatura internacional ITS90. Esto corresponde a un presión unas 165 veces menor que en una atmósfera terrestre ordinaria.

Lograr esta baja presión para comprender el laboratorio de tres puntos no es fácil porque el efecto mínimo de la tensión en la superficie del material utilizado puede ser suficiente para el desequilibrio espacial.

De hecho, el punto triple del agua es tan estable que Kelvin se define por eso. Por un lado, Kelvin es 1 / 273,16 de la temperatura termodinámica de tres veces el punto del agua.

Hay un punto triple la presión mínima a la que está presente el agua líquida. Este es un punto clave 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 esté presente en forma líquida.

El agua no es el único elemento con triple punta, pero tiene sus propias características especiales. En la mayoría de las sustancias, el valor de este punto triple corresponde exactamente a la temperatura mínima de la fase líquida, pero no en el agua. En todas las sustancias existe un solo punto triple de presión y temperatura donde se produce la convivencia de las tres fases.

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Para alcanzar el punto triple del agua, es necesario que el tubo a ensayar esté seco y limpio. Como se explica EJES, intento de calibración y validación, primero haga un baño de hielo y luego agregue gradualmente hielo seco y alcohol etílico. UNA 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 el texto “Hacer una celda de tres puntos en casa”, el contenedor debe ser lo suficientemente apretado para mantener la presión baja y está entre -10 y 100 ºC. Una de las opciones que sugiere es una pequeña botella de Schweppes junto con trozos de vidrio para promover la formación de burbujas y una cinta hermética para aislar la botella. La obtención de un punto triple de agua se puede hacer por diferentes métodos, pero el efecto de visualización simultánea de hielo, líquido y ebullición es siempre fascinante.

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Antonio Calzadilla

Experto en redes sociales. Amante de la televisión galardonado. Futuro ídolo adolescente. Evangelista de la música. Gurú del café

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