El punto triple es la condición donde hielo, líquido y vapor existen en equilibrio. Sucede a 0,01 °C (273,16 K) y a 611,73 Pa, una presión mucho menor que la atmosférica.
En ese punto la temperatura de ebullición baja hasta 0,01 °C y el punto de fusión asciende al mismo valor. Así, el fluido puede cambiar de fase sin que ninguna fase gane terreno.
Para reproducirlo en laboratorio se usan recipientes herméticos, baño de hielo y mezcla de hielo seco con alcohol etílico. Se controla un vacío parcial y se ajusta la energía con paciencia.
Importante: no es truco visual. Es un equilibrio termodinámico clave en metrología. Históricamente, este punto ayudó a definir el kelvin y sigue vigente en la ITS-90.
Conclusiones clave
- El punto triple permite coexistencia estable de las tres fases.
- Las coordenadas son 0,01 °C y 611,73 Pa.
- Reproducirlo exige control de presión y limpieza del equipo.
- Es la presión mínima para que exista líquido; por debajo hay sublimación.
- Tiene valor metrológico: referencia para el kelvin.
El agua puede hervir y congelarse: cómo es posible en el punto triple
Un equilibrio preciso permite que hielo, líquido y vapor convivan a la vez.
En el punto triple, a 0,01 °C y 611,73 Pa, las tasas de fusión, ebullición y sublimación se igualan. Eso significa que, sin cambio neto de masa, se observa burbujeo junto con formación de cristales.
La presión reducida baja el punto de ebullición hasta coincidir con la fusión. Así, se ven burbujas que emergen desde sitios de nucleación mientras aparecen láminas de hielo en la superficie.
¿Qué implica «mismo tiempo»?
Significa equilibrio dinámico: líquido pasa a vapor y a sólido a la misma velocidad que vapor y hielo regresan al líquido. La temperatura del sistema permanece estable.
- Condiciones: 0,01 °C y 611,73 Pa.
- Indicadores visuales: burbujas, agujas de hielo, película líquida fina.
- Factores críticos: tensión superficial, impurezas y rugosidad del recipiente.
| Aspecto | Qué ocurre | Importancia práctica |
|---|---|---|
| Temperatura | 0,01 °C mantenida | Estabilidad del equilibrio |
| Presión | ~611,73 Pa (vacío parcial) | Iguala ebullición y fusión |
| Nucleación | Burbujas y cristales simultáneos | Afecta observación y reproducibilidad |
Resumen: con números clave y la idea de equilibrio es suficiente para comprender este efecto sin fórmulas. La ciencia detrás es robusta y útil en metrología.
Ciencia del punto triple del agua: temperatura, presión y fases
La ciencia detrás del punto triple revela cómo temperatura y presión fijan la coexistencia de fases.
Valores clave: 0,01 °C (273,16 K) y 611,73 Pa, es decir ~0,006 atm. Esa presión es unas 165 veces menor que 1 atmósfera. En esas coordenadas, hielo, líquido y vapor conviven en equilibrio.
Por qué la presión baja iguala ebullición y fusión
A medida que la presión desciende, la curva de ebullición se desplaza hacia temperaturas más bajas. En el diagrama de fases, esa curva intersecta la curva de fusión justo a 0,01 °C.
Diagrama de fases: mínima presión para líquido
Por debajo de 611,73 Pa la región líquida desaparece y el hielo transita directamente a vapor por sublimación. Por encima de esa barrera, la fase líquida es estable.
Metrología: el kelvin y su referencia
Históricamente, la ITS-90 fijó esta coordenada como referencia. El kelvin se definió a partir de 1/273,16 de la temperatura termodinámica en ese punto, lo que garantiza calibraciones muy estables.
- Observables: burbujeo fino junto a nucleación de cristales, con temperatura constante.
- Contexto chileno: 611,73 Pa es muy inferior a la presión en ciudades como Santiago.
Cómo reproducir el punto triple de forma segura: condiciones, materiales y procedimiento
Para reproducir el punto triple hace falta un montaje hermético, control térmico fino y paciencia. Use un tubo o una botella pequeña de vidrio grueso, totalmente limpia y seca, capaz de resistir entre −10 °C y 100 °C.
Recipiente y sellado
Seleccione un recipiente íntegro y séllelo con cinta adecuada. Introduzca pequeños fragmentos de vidrio para favorecer la nucleación y evitar ebullición violenta. La superficie interna debe estar impecable; cualquier suciedad altera la tensión superficial.
Control térmico
Prepare primero un baño de hielo para estabilizar cerca de 0 °C. Añada gradualmente hielo seco mezclado con alcohol etílico para extraer energía y afinar la temperatura hacia 0,01 °C.
Buenas prácticas y seguridad
Reduzca la presión hasta cerca de 611,73 Pa mediante vacío parcial. Trabaje con guantes al manipular hielo seco y en áreas ventiladas. No dirija nunca el cuello del frasco hacia personas y use válvula de alivio si aplica cambios rápidos.
- Materiales: recipiente de vidrio, cinta hermética, bomba de vacío, hielo seco y alcohol.
- Tiempos: ajustes finos pueden tardar días o una semana; avance lento.
- Verificación: burbujeo muy fino junto a cristales y una capa líquida persistente cerca de 0,01 °C.
Para más detalles sobre los fundamentos termodinámicos y los cambios de fase, consulte esta referencia: cambios de fase.
¿Y el efecto Mpemba? Diferencias con hervir agua y congelación simultánea
Muchos confunden el efecto Mpemba con la coexistencia de fases en el punto triple, pero son procesos distintos.
efecto mpemba describe casos donde un recipiente con agua caliente se solidifica antes que otro con agua fría bajo ciertas condiciones experimentales. Este fenómeno depende de historia térmica, evaporación rápida, convección y cambios en nucleación.
En contraste, el punto triple exige 0,01 °C y 611,73 Pa para que hielo, líquido y vapor convivan en equilibrio. Esa situación no depende de partir con agua caliente; surge por ajuste de presión y temperatura controlados en laboratorio.
Comparación breve
- efecto mpemba: asociado a evaporación, convección y gradientes; influye el recipiente y el entorno.
- Punto triple: control de presión que iguala tasas de fusión y ebullición; requiere vacío parcial y control térmico.
- Práctico en Chile: un congelador doméstico puede mostrar el efecto mpemba ocasionalmente; el punto triple exige equipo especializado.
| Concepto | Causa | Condiciones | Observación típica |
|---|---|---|---|
| efecto mpemba | Evaporación, convección, nucleación | Variable según experimento | Agua caliente se congela más rápido en algunos casos |
| Punto triple | Equilibrio termodinámico por presión | 0,01 °C y 611,73 Pa | Hielo, líquido y vapor coexistiendo |
Mensaje clave: no mezclar un efecto dependiente de historia térmica con un punto definido del diagrama de fases; son fenómenos con orígenes y aplicaciones distintas.
Conclusión
, Punto triple resume cómo temperatura y presión fijan una coexistencia de fases única.
Punto: 0,01 °C y 611,73 Pa son las coordenadas que permiten ver hielo, líquido y vapor en equilibrio. Esa referencia metrológica sirvió durante años en la ITS-90 para definir kelvin.
Para reproducirlo, use botella o tubo hermético, baño de hielo, adición controlada de hielo seco con alcohol y vacío parcial. Trozos de vidrio en la superficie ayudan a controlar nucleación.
Advertencia final: alcanzar estabilidad requiere tiempo, paciencia y medidas de seguridad en laboratorio. Si intenta el montaje, hágalo con equipo adecuado y supervisión técnica.
