Soluzioni
  • Il punto triplo dell'acqua è un particolare stato termodinamico dell'acqua, individuato da una precisa coppia di valori di temperatura e pressione in cui l'acqua coesiste allo stato liquido, allo stato solido e allo stato gassoso.

    In particolare il punto triplo dell'acqua si manifesta alla temperatura di 273,16 kelvin (K) e alla pressione di 611,7 pascal (Pa)

    Punto triplo acqua → (273,16 K , 611,7 Pa)

    Per esprimere i valori di temperatura e pressione del punto triplo dell'acqua si usano il kelvin e il pascal, perché sono le unità di misura della temperatura e della pressione adottate dal Sistema Internazionale. Tuttavia nulla ci vieta di esprimerne i valori in gradi Celsius (°C) e in atmosfere (atm):

    Punto triplo acqua → (0,01 °C , 6,037×10-3 atm)

    Ricapitolando:

    • la temperatura del punto triplo dell'acqua è di 273,16 K = 0,01 °C

    Temperatura punto triplo acqua → 273,16 K = 0,01 °C

    • la pressione del punto triplo dell'acqua è di 611,7 Pa ≈ 6,037×10-3 atm

    Pressione punto triplo acqua → 611,7 Pa ≈ 6,037×10-3 atm

    Il punto triplo dell'acqua è così importante perché la sua temperatura è uno dei punti fissi termometrici con cui vengono definite la scala Celsius e la scala kelvin. Per saperne di più consigliamo di leggere le pagine dei link e la lezione sulle scale termometriche.

    Punto triplo dell'acqua nel diagramma di fase

    Un diagramma di fase di una sostanza, detto anche diagramma di stato, è un diagramma cartesiano che contiene le informazioni sui passaggi di stato di una sostanza in funzione di pressione e temperatura.

    Se si riportano le variazioni di temperatura sull'asse delle ascisse e le variazioni di pressione sull'asse delle ordinate, il diagramma di stato dell'acqua è il seguente

     

    Digramma di stato acqua

    Diagramma di stato dell'acqua.

     

    Come possiamo osservare, il punto triplo dell'acqua è il punto di incontro tra la curva di sublimazione, la curva di saturazione e la curva di fusione, e specifica i valori di temperatura e pressione in cui l'acqua coesiste allo stato liquido, allo stato solido (ghiaccio) e sotto forma di vapore acqueo. Ricordiamo infatti che:

    - la curva di sublimazione evidenzia le condizioni di temperatura e pressione in cui l'acqua coesiste allo stato solido e allo stato gassoso (vapore acqueo);

    - la curva di saturazione è il tratto formato dai valori di temperatura e pressione in cui l'acqua coesiste agli stati liquido e gassoso;

    - la curva di fusione evidenzia i valori in corrispondenza dei quali l'acqua coesiste agli stati solido e liquido.

    Inoltre, come risulta evidente dal diagramma di fase, il punto triplo dell'acqua è unico e individua il valore minimo di temperatura in cui l'acqua si trova in forma liquida.

    Calcolo del punto triplo dell'acqua

    In generale il punto triplo di una sostanza dipende dalla composizione chimica della stessa, motivo per cui nel calcolo del punto triplo si usano campioni che hanno un elevatissimo grado di purezza.

    Per determinare il punto triplo dell'acqua si utilizza l'acqua pura, dunque priva di sale e di tutte le altre sostanze chimiche presenti nella comune acqua di rubinetto. Ancor più precisamente, la definizione del punto triplo dell'acqua si riferisce all'acqua avente una composizione isotopica definita esattamente dai seguenti rapporti di sostanze:

    0,00015576 moli di deuterio (2H) per mole di prozio (1H);

    0,0003799 moli di ossigeno-17 (17O) per mole di ossigeno-16 (16O);

    0,0020052 moli di ossigeno-18 (18O) per mole di ossigeno-16.

    Senza scendere troppo nel dettaglio, deuterio e prozio sono due degli isotopi dell'idrogeno, mentre ossigeno-16, ossigeno-17 e ossigeno-18 sono tre isotopi dell'ossigeno.

    Salvo casi particolari, nessuno pretenderà mai che si ricordino questi valori a memoria. Abbiamo deciso di riportarli con il solo scopo di evidenziare il livello di precisione richiesto nel calcolo del punto triplo.

    A tal proposito, se vuoi sapere quali sono i valori di temperatura e pressione dei punti tripli delle sostanze più ricorrenti negli esercizi e nelle applicazioni, ti rimandiamo alla pagina del link.

    Esperimento punto triplo acqua

    Per ricreare le condizioni del punto triplo dell'acqua, e quindi vederne gli effetti, è richiesto l'utilizzo di una camera a vuoto, uno strumento di laboratorio in grado di abbassare la pressione atmosferica.

    Sebbene infatti la temperatura del punto triplo dell'acqua (0,01 °C) sia molto vicina alla temperatura di solidificazione in condizioni di pressione standard (1 atm), la pressione del punto triplo è davvero bassa rispetto a quella standard.

    Ricordiamo infatti che 1 atmosfera (1 atm) equivale a ben 101325 pascal, ossia a oltre centomila pascal, mentre la pressione del punto triplo dell'acqua è di soli 611,7 Pa.

    ***

    Ci fermiamo qui con qualche interessante spunto di approfondimento:

    - definizione e significato del punto critico di una sostanza;

    - tool per conoscere il punto triplo di una sostanza online.

    Risposta di Galois
 
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