Punto triple gas-líquido-sólidoEditar
La única combinación de presión y temperatura en la que el agua líquida, el hielo sólido y el vapor de agua pueden coexistir en un equilibrio estable se produce aproximadamente a 273,1575 K (0,0075 °C; 32,0135 °F) y una presión parcial de vapor de 611,657 pascales (6,11657 mbar; 0,00603659 atm). En ese punto, es posible cambiar toda la sustancia a hielo, agua o vapor haciendo cambios arbitrariamente pequeños en la presión y la temperatura. Incluso si la presión total de un sistema está muy por encima del punto triple del agua, siempre que la presión parcial del vapor de agua sea de 611,657 pascales, el sistema puede llevarse al punto triple del agua. Estrictamente hablando, las superficies que separan las diferentes fases también deberían ser perfectamente planas, para anular los efectos de la tensión superficial.
El punto triple gas-líquido-sólido del agua corresponde a la presión mínima a la que puede existir agua líquida. A presiones inferiores al punto triple (como en el espacio exterior), el hielo sólido cuando se calienta a presión constante se convierte directamente en vapor de agua en un proceso conocido como sublimación. Por encima del punto triple, el hielo sólido, cuando se calienta a presión constante, primero se funde para formar agua líquida, y luego se evapora o hierve para formar vapor a una temperatura más alta.
Para la mayoría de las sustancias, el punto triple gas-líquido-sólido es también la temperatura mínima a la que puede existir el líquido. Sin embargo, en el caso del agua, esto no es cierto porque el punto de fusión del hielo ordinario disminuye en función de la presión, como muestra la línea verde discontinua en el diagrama de fases. A temperaturas justo por debajo del punto triple, la compresión a temperatura constante transforma el vapor de agua primero en sólido y luego en líquido (el hielo de agua tiene menor densidad que el agua líquida, por lo que el aumento de la presión conduce a una licuefacción).
La presión del punto triple del agua se utilizó durante la misión Mariner 9 a Marte como punto de referencia para definir el «nivel del mar». Misiones más recientes utilizan la altimetría láser y las mediciones de la gravedad en lugar de la presión para definir la elevación en Marte.
Fases de alta presiónEditar
A altas presiones, el agua tiene un diagrama de fases complejo con 15 fases de hielo conocidas y varios puntos triples, incluyendo 10 cuyas coordenadas se muestran en el diagrama. Por ejemplo, el punto triple a 251 K (-22 °C) y 210 MPa (2070 atm) corresponde a las condiciones de coexistencia del hielo Ih (hielo ordinario), el hielo III y el agua líquida, todos ellos en equilibrio. También hay puntos triples para la coexistencia de tres fases sólidas, por ejemplo el hielo II, el hielo V y el hielo VI a 218 K (-55 °C) y 620 MPa (6120 atm).
Para las formas de hielo a alta presión que pueden existir en equilibrio con el líquido, el diagrama muestra que los puntos de fusión aumentan con la presión. A temperaturas superiores a 273 K (0 °C), al aumentar la presión sobre el vapor de agua se obtiene primero agua líquida y luego una forma de hielo a alta presión. En el rango de 251-273 K, se forma primero el hielo I, seguido del agua líquida y luego el hielo III o el hielo V, seguidos de otras formas de alta presión aún más densas.
| Fases en equilibrio estable | Presión | Temperatura | Agua líquida, hielo Ih, y vapor de agua | 611.657 Pa | 273,16 K (0,01 °C) |
|---|---|---|
| agua líquida, hielo Ih, y hielo III | 209,9 MPa | 251 K (-22 °C) |
| agua líquida, hielo III, y hielo V | 350.1 MPa | -17,0 °C | Agua líquida, hielo V y hielo VI | 632,4 MPa | 0.16 °C |
| hielo Ih, hielo II, y hielo III | 213 MPa | -35 °C |
| hielo II, hielo III, y hielo V | 344 MPa | -24 °C |
| hielo II, ice V, y ice VI | 626 MPa | -70 °C |