Puntu hirukoitz

Termodinamikan, substantzia baten puntu hirukoitz bat substantzia horren hiru fase (solido, likido eta gas egoerakoak adibidez) oreka termodinamikoan batera agertzen diren tenperaturari eta presioari dagokien puntua da^[1]; fase-diagrama batean sublimazio-, fusio- eta lurruntze-kurbak elkartzen diren puntuari dagozkion tenperaturak eta presioak xedatutakoa.

Ohiko fase-diagrama. Marra berdeak izozte-puntua adierazten du, urdinak irakite-puntua eta gorriak sublimazio-puntua. Hauek presioarekin nola aldatzen diren erakusten da. Marra berde, urdin eta gorriaren bategite puntua, puntu hirukoitza da. Puntudun marrak uraren jokaera berezia adierazten du.

Adibidez, merkurioaren puntu hirukoitza 234,3156 K-eko tenperaturan (−38,8344 °C; −37,9019 °F) eta 0,165 mPa-eko presioan (1,63×10−9 atm) dago kokatuta; eta urarena 273,16 K-eko tenperaturan (0,01 °C; 32,018 °F) eta 611,657 Pa-eko presioan (0,00603659 atm).

Polimorfoak diren substantziek solido-fase bat baino gehiago dute eta, solido-, likido- eta gas-faseetarako puntu hirukoitzaz gain, beste puntu hirukoitz batzuk izan ditzakete. Helio-4a ezohikoa da, adibidez, sublimazio/jalkitze kurbarik gabe, bere solido-fasea eta gas-fasea elkartzen diren puntu hirukoitzik ez daukalako. Horren ordez, lurrun-likido-superfluido puntu bat, solido-likido-superfluido puntu bat, solido-solido-likido puntu bat eta solido-solido-superfluido puntu bat ditu. Horietako bat ere nahastu behar ez dela puntu hirukoitzik ez den Lambda puntu-arekin.

Uraren puntu hirukoitza Nazioarteko Unitate Sisteman (SIean) tenperatura termodinamikoaren oinarrizko unitatea den Kelvina (K)^[2] definitzeko erabili zen. Uraren puntu hirukoitza hasieran ez zen neurketa bidez finkatu, definizioz baino; baina hori 2019ko SIaren oinarrizko unitateen definizio berriekin aldatu zen. Gaur egun substantzia batzuen puntu hirukoitzak 1990ko nazioarteko tenperatura eskalaren (ITS-90) puntuak definitzeko erabiltzen dira; hidrogenoaren puntu hirukoitzetik (13,8033 K (−259,3467 °C) eta 7,04 kPa (0,0695 atm)) hasita eta uraren puntu hirukoitzeraino (273,16 K (0,01 °C) eta 611,657 Pa (0.00603659 atm)).

"Puntu hirukoitza" terminoa James Thomson-ek sortu zuen, Lord Kelvin-en anaia.^[3]

Uraren puntu hirukoitzak

Gas-likido-solido puntu hirukoitza

Ikus, gainera: «Uraren propietateak#Puntu hirukoitza»

Ura 0°C-tan irakiten huts-ponpa baten bidez.

Ur likidoa, izotz solidoa eta ur lurruna elkarrekin oreka egonkorrean egon daitezkeen lurrun-presio partzialaren eta tenperaturaren konbinazio bakarra 273,16 ± 0,0001 K-eko^[4] eta 661,657 Pa-ekoa (6,11657 mbar; 0.00603659 atm) da.^[5][6] Egoera horretan, substantzia guztia izotz, ur edo lurrun bihurtu ahal da presio eta tenperatura aldaketa txikiak eginez. Nahiz eta sistema baten presio osoa uraren puntu hirukoitzarena baino askoz handiagoa izan, ur-lurrunaren presio partziala 611,657 Pa bada, sistema uraren puntu hirukoitzera eraman daiteke. Hala ere, zorrotz berba eginez gero, horretarako, esandakoaz gain fase ezberdinak bereizten dituzten gainazalak guztiz lauak izan behar dira; gainazal-tentsioaren ondorioak saihestreko.

Puntu hirukoitzaren presioa baino txikiagoak diren presiotan ezin da egon ur likidorik. Puntu hirukoitzarena baino presio txikiagotan (kanpo-espazioan bezala), izotz solidoa presio konstantean berotzen denean zuzenean bihurtzen da ur-lurruna, Sublimazioa deritzon prozesu batean. Puntu hirukoitzarena baina presio handiagotan izotz solidoa presio konstantean berotzen denean lehenik urtzen da, ur likido bilakatuz, eta gero, tenperatura handiagotan, lurruntzen da ur-lurrun bilakatuz.

Substantzia gehienetan gas-likido-solido puntu hirukoitzaren tenperatura, likidoa egon daitekeen tenperatura minimoa ere bada. Urarekin, ordea, ez da horrela, presio batzuetan (kPa batzuk ingurutik 632,4 MPa-eraino) izotz arruntaren urtze-tenperatura puntu hirukoitzarena baino txikiagoa delako, atzeko fase-diagraman ikusten den bezala. Puntu hirukoitzaren tenperatura baino apur bat txikiagoak diren tenperaturetan, tenperatura konstanteko konpresioekin ur-lurruna ur-izotz bilakatzen da lehenengo eta gero ur likido, presioa oraindino gehiago igoz gero berriro izotz bilakatzeko.

Uraren puntu hirukoitzeko presioa Mariner 9-ren Marterako misioan itsas maila definitzeko erreferentzia-puntu legez erabili zen. Misio berriagoek presioaren ordez laser bidezko altimetria eta grabitatearen bidezko neurketak erabili dituzte Marteko kotak zehazteko. ^[7]

Uraren presio handiko faseak

Presio handietan, urak fase-diagrama konplexua du, ezagutzen diren 15 baino gehiago izotz-fase eta hainbat puntu hirukoitzekin, erakusten den fase-diagraman euren koordenatuak dituzten 10ak barne. Adibidez, 251,165 K (−21,985 °C) eta 210 MPa (2070 atm) puntu hirukoitza I_h izotza (izotz arrunta), III izotza eta ur likidoaren arteko orekari dagokiona da. Hiru fase solidoren arteko orekei dagozkien puntu hirukoitzak ere badaude, adibidez II izotza, V izotza eta VI izotzarena, 218 K (−55,15 °C) eta 620 MPa (6120 atm).

Atzerago agertzen den uraren fase-diagramak, beste gauza batzuez gain, hurrengoa ere erakusten du:

• presioa 209,9 MPa-ekoa baino handiagoa bada likidoarekin orekan egon daitezkeen presio handiko izotz-formen urtze-puntuen tenperatura presioarekin batera igotzen da.
• Tenperatura 273,16 K (0,01 °C) baino altuagoa denean ur-lurrunaren gaineko presioa handitzeak ur likidoa sortzen du lehenik eta gero presio handiko izotz forma bat.
• Tenperatura 251,165 eta 273,16 K arteko tartean badago, I izotza sortzen da lehenik, gero, 209,9 eta 1 MPa-eko presioen artean, ur likidoa, geroago III izotza edo V izotza eta geroago presio handiko beste izotz forma trinkoagoak.

Uraren fase-diagrama uraren presio handiko fasekin: II izotza, III izotza,...
Presio-ardatza logaritmikoa da.
Fase hauen deskribapen zehatzak lortzeko, ikus Izotza.

Uraren hainbat puntu hirukoitz

Faseak oreka egonkorrean	Presioa	Tenperatura
ur likidoa, Ih izotza eta ur-lurruna	611,657 Pa[8]	273,16 K (0,01 °C)
ur likidoa, Ih izotza eta III izotza	209,9 MPa	251,165 K (−21,985 °C)
ur likidoa, III izotza eta V izotza	350,1 MPa	256,164 K (−16,986 °C)
ur likidoa, V izotza eta VI izotza	632,4 MPa	272,99 K (-0,16°C)
Ih izotza, II Izotza eta III izotza	212,9 MPa	238,5 K (-34,65 °C)
II izotza, III izotza eta V izotza	344,3 MPa	248,85 K (-24,3 °C)
II izotza, V izotza eta VI izotza	620 MPa	218 K (-55,15 °C)

Punto hirukoitzeko gelaxkak

Puntu hirukoitzeko gelazkak termometroen kalibrazioan erabiltzen diren elementuak dira. Zehaztasunez lan egiteko, puntu hirukoitzeko gelaxkak normalean hidrogenoa, argona, merkurioa edo ura bezalako substantzia kimiko oso puru batez betetzen dira (kalibratu nahi den tenperaturaren arabera). Substantzia horien purutasuna haietan gai kutsatzaileen kantitatea milioirena baino handiagoa ez izaterainokoa izan daiteke, batzuetan "sei bederatziko" izenaz deitua, substantziak %99,9999 puruak izateagatik. Konposizio isotopiko espezifikoak erabiltzen dira (urarentzat, VSMOW konposizioa), konposizio isotopikoen aldaketek puntu hirukoitzean aldaketak eragiten dituztelako. Puntu hirukoitzeko gelaxkak oso eraginkorrak dira tenperatura oso zehatzak eta errepikagarriak lortzeko, eta ITS90 izeneko termometroak kalibratzeko nazioarteko estandarra hidrogeno, neon, oxigeno, argon, merkurio eta ur-aren puntu hirukoitzeko gelaxketan oinarritzen da bere definitutako tenperatura-puntuetatik sei zehazteko.

Punto hirukoitzen taula

Taula honek hainbat substantzien gas-likido-solido puntu hirukoitzak zerrendatzen ditu. Besterik adierazi ezean, datuak AEBen National Institute of Standards and Technology-tik (NIST) hartu dira. ^[9]

Substantzia	T [K] (°C)	p [kPa]* (atm)
Azetilenoa	192.4 K (−80.7 °C)	120 kPa (1.2 atm)
Amoniakoa	195.40 K (−77.75 °C)	6.060 kPa (0.05981 atm)
Argona	83.8058 K (−189.3442 °C)	68.9 kPa (0.680 atm)
Artsenikoa	1,090 K (820 °C)	3,628 kPa (35.81 atm)
Butanoa[10]	134.6 K (−138.6 °C)	7×10−4 kPa (6.9×10−6 atm)
Karbonoa (grafitoa)	4,765 K (4,492 °C)	10,132 kPa (100.00 atm)
Karbono dioxidoa	216.55 K (−56.60 °C)	517 kPa (5.10 atm)
Karbono monoxidoa	68.10 K (−205.05 °C)	15.37 kPa (0.1517 atm)
Kloroformoa	175.43 K (−97.72 °C)	0.870 kPa (0.00859 atm)
Deuterioa	18.63 K (−254.52 °C)	17.1 kPa (0.169 atm)
Etanoa	89.89 K (−183.26 °C)	1.1×10−3 kPa (1.1×10−5 atm)
Etanola[11]	150 K (−123 °C)	4.3×10−7 kPa (4.2×10−9 atm)
Etilenoa	104.0 K (−169.2 °C)	0.12 kPa (0.0012 atm)
Azido formikoa[12]	281.40 K (8.25 °C)	2.2 kPa (0.022 atm)
Helio-4a (lurrun-He-I-He-II)[13]	2.1768 K (−270.9732 °C)	5.048 kPa (0.04982 atm)
Helio-4 (hcp−bcc−He-II)[14]	1.463 K (−271.687 °C)	26.036 kPa (0.25696 atm)
Helio-4 (bcc−He-I−He-II)[14]	1.762 K (−271.388 °C)	29.725 kPa (0.29336 atm)
Helio-4 (hcp−bcc−He-I)[14]	1.772 K (−271.378 °C)	30.016 kPa (0.29623 atm)
Hexafluoroetanoa[15]	173.08 K (−100.07 °C)	26.60 kPa (0.2625 atm)
Hidrogenoa	13.8033 K (−259.3467 °C)	7.04 kPa (0.0695 atm)
Hidrogeno-1a (Protiuma)a[16]	13.96 K (−259.19 °C)	7.18 kPa (0.0709 atm)
Hidrogeno kloruroa	158.96 K (−114.19 °C)	13.9 kPa (0.137 atm)
Iodoa[17]	386.65 K (113.50 °C)	12.07 kPa (0.1191 atm)+
Isobutanoa	113.55 K (−159.60 °C)	1.9481×10−5 kPa (1.9226×10−7 atm)
Kriptona	115.76 K (−157.39 °C)	74.12 kPa (0.7315 atm)
Merkurioa	234.3156 K (−38.8344 °C)	1.65×10−7 kPa (1.63×10−9 atm)
Metanoa	90.68 K (−182.47 °C)	11.7 kPa (0.115 atm)
Neona	24.5561 K (−248.5939 °C)	43.332 kPa (0.42765 atm)
Oxido nitrikoa	109.50 K (−163.65 °C)	21.92 kPa (0.2163 atm)
Nitrogenoa	63.18 K (−209.97 °C)	12.6 kPa (0.124 atm)
Oxido nitrosoa	182.34 K (−90.81 °C)	87.85 kPa (0.8670 atm)
Oxigenoa	54.3584 K (−218.7916 °C)	0.14625 kPa (0.0014434 atm)
Paladioa	1,825 K (1,552 °C)	3.5×10−3 kPa (3.5×10−5 atm)
Platinoa	2,045 K (1,772 °C)	2×10−4 kPa (2.0×10−6 atm)
Radona	202 K (−71 °C)	70 kPa (0.69 atm)
(mono)Silanoa[18]	88.48 K (−184.67 °C)	0.019644 kPa (0.00019387 atm)
Sufre dioxidoa	197.69 K (−75.46 °C)	1.67 kPa (0.0165 atm)
Titanioa	1,941 K (1,668 °C)	5.3×10−3 kPa (5.2×10−5 atm)
Uranio hexafluoruroa	337.17 K (64.02 °C)	151.7 kPa (1.497 atm)
Ura[5][6]	273.16 K (0.01 °C)	0.611657 kPa (0.00603659 atm)
Xenona	161.3 K (−111.8 °C)	81.5 kPa (0.804 atm)
Zinka	692.65 K (419.50 °C)	0.065 kPa (0.00064 atm)

oharrak:

• Taulan agertzen diren zenbakietan puntuak eta komak trukatuta daude, ingelesez bezala.
• Konparaziorako, ikurrak horrela erabiliz, presio atmosferiko tipikoa (1 atm) 101.325 kPa-ekoa da.
• SIko unitateen definizio berriaren aurretik, uraren puntu hirukoitzaren tenperatura zehatza zen, 273.16 K.

Ikus, gainera

• Puntu kritiko (termodinamika)
• Gibbs-en faseen araua