Titik tripel

Dalam termodinamika, titik tripel sebuah zat merupakan suhu dan tekanan ketika tiga fase (gas, cair, dan padat) zat tersebut berada dalam kesetimbangan termodinamika.^[1] Sebagai contoh, titik tripel raksa terdapat pada suhu −38,8344 °C dan tekanan 0,2 mPa.

Selain titik tripel antara zat padat, cair, dan gas, terdapat pula titik-titik tripel yang melibatkan lebih dari satu fase padat untuk zat yang memiliki banyak polimorf. Helium-4 merupakan contoh kasus khusus di mana titik tripelnya melibatkan dua fase cair yang berbeda (lihat pula titik lambda). Secara umum, sebuah sistem dengan kemungkinan jumlah fase p, terdapat ${\displaystyle {p \choose 3}={\frac {p(p-1)(p-2)}{6}}}$ titik tripel.^[1]

Titik tripel air digunakan untuk mendefinisikan kelvin, satuan pokok bagi suhu termodinamika dalam Sistem Satuan Internasional (SI).^[2] Angka yang diberikan untuk suhu titik tripel air adalah definisi eksak dan bukanlah hasil pengukuran. Titik tripel beberapa zat digunakan sebagai titik acuan pada skala suhu internasional ITS-90, berkisar dari titik tripel hidrogen (13,8033 K) sampai dengan titik tripel air (273,16 K, 0,01 °C, atau 32,018 °F).

Istilah "titik tripel" diciptakan pada tahun 1873 oleh James Thomson, adik Lord Kelvin.^[3]

Titik tripel air

Diagram fase secara umum. Garis titik-titik merupakan sifat anomali air

Kombinasi tunggal antara tekanan dan temperatur di mana air, es, dan uap air dapat berada bersama-sama dalam keadaan kesetimbangan yang stabil adalah tepat 273,16 K (0,01 °C) dan tekanan parsial 611,657 pascal (6,11657 mbar; 0,00603659 atm).^[4][5] Pada titik tersebut, adalah mungkin untuk mengubah semua zat menjadi es, air, atau uap air hanya dengan membuat perubahan yang cukup kecil pada tekanan dan suhu sistem. Perlu diperhatikan bahwa, bahkan jika tekanan total sistem di atas 611,73 pascal, apabila tekanan uap air tetap 611,73 pascal, maka sistem masih bisa dibawa ke titik tripel air. Secara tegas, permukaan yang memisahkan fase yang berbeda juga harus datar sempurna, untuk meniadakan efek tegangan permukaan.

Air memiliki diagram fase yang tidak wajar dan kompleks, walaupun hal ini tidak memengaruhi pembahasan titik tripelnya. Pada suhu yang tinggi, penambahan tekanan akan menghasilkan zat cair terlebih dahulu, barulah kemudian zat padat. (Di atas 10⁹ Pa bentuk kristal es yang terbentuk lebih padat daripada zat cair). Pada suhu yang rendah dan kompresi, fase cair menghilang, dan air akan langsung berubah dari gas menjadi padat.

Pada tekanan konstan di atas titik tripel, pemanasan es akan menyebabkannya berubah dari bentuk pada menjadi cair, kemudian gas (atau uap). Pada tekanan di bawah titik tripel (biasa terjadi pada luar angkasa), bentuk cair air tidak akan ada, sehingga ketika dipanaskan, es akan langsung menyublim menjadi gas.

Untuk sebagian besar zat titik tripel gas–cair–padat juga suhu minimum di mana cairan dapat hadir. Untuk air, namun, hal ini tidak benar karena titik leleh es biasa mengalami penurunan sebagai fungsi tekanan, seperti yang ditunjukkan oleh garis hijau putus-putus dalam diagram fase. Pada suhu tepat di bawah titik tripel, kompresi pada suhu konstan mengubah uap air pertama menjadi padat dan kemudian menjadi cair (es air memiliki densitas lebih rendah dari air cair, sehingga tekanan meningkat mengarah ke likuifaksi).

Tekanan titik tripel air digunakan selama misi Mariner 9 ke Mars sebagai titik referensi untuk mendefinisikan "permukaan laut". Misi yang lebih baru menggunakan altimetri laser dan pengukuran gravitasi dan bukan tekanan untuk menentukan ketinggian di Mars.^[6]

Tabel titik tripel

Tabel di bawah ini berisi daftar titik-titik tripel gas–cair–padat untuk beberapa zat. Kecuali dinyatakan lain, data berikut berasal dari Biro Standar Nasional Amerika Serikat (sekarang NIST, Lembaga Standar dan Teknologi Nasional).^[7]

Zat	T [K] (°C)	p [kPa]* (atm)
Asetilena	192,4 K (−80,7 °C)	120 kPa (1,2 atm)
Amonia	195,40 K (−77,75 °C)	6,060 kPa (0,05981 atm)
Argon	83,81 K (−189,34 °C)	68,9 kPa (0,680 atm)
Arsen	1.090 K (820 °C)	3.628 kPa (35,81 atm)
Butana[8]	134,6 K (−138,6 °C)	7×10^−4 kPa (6,9×10^−6 atm)
Karbon (grafit)	4.765 K (4.492 °C)	10.132 kPa (100,00 atm)
Karbon dioksida	216,55 K (−56,60 °C)	517 kPa (5,10 atm)
Karbon monoksida	68,10 K (−205,05 °C)	15,37 kPa (0,1517 atm)
Kloroform[9]	175,43 K (−97,72 °C)	0,870 kPa (0,00859 atm)
Deuterium	18,63 K (−254,52 °C)	17,1 kPa (0,169 atm)
Etana	89,89 K (−183,26 °C)	1,1×10^−3 kPa (1,1×10^−5 atm)
Etanol[10]	150 K (−123 °C)	4,3×10^−7 kPa (4,2×10^−9 atm)
Etilena	104,0 K (−169,2 °C)	0,12 kPa (0,0012 atm)
Asam format[11]	281,40 K (8,25 °C)	2,2 kPa (0,022 atm)
Helium-4 (titik lambda)[12]	2,1768 K (−270,9732 °C)	5,048 kPa (0,04982 atm)
Helium-4 (hcp−bcc−He-II)[13]	1,463 K (−271,687 °C)	26,036 kPa (0,25696 atm)
Helium-4 (bcc−He-I−He-II)[13]	1,762 K (−271,388 °C)	29,725 kPa (0,29336 atm)
Helium-4 (hcp−bcc−He-I)[13]	1,772 K (−271,378 °C)	30,016 kPa (0,29623 atm)
Heksafluoroetana[14]	173,08 K (−100,07 °C)	26,60 kPa (0,2625 atm)
Hidrogen	13,84 K (−259,31 °C)	7,04 kPa (0,0695 atm)
Hidrogen klorida	158,96 K (−114,19 °C)	13,9 kPa (0,137 atm)
Iodin[15]	386,65 K (113,50 °C)	12,07 kPa (0,1191 atm)
Isobutana[16]	11.355 K (11.082 °C)	1,9481×10^−5 kPa (1,9226×10^−7 atm)
Kripton	115,76 K (−157,39 °C)	74,12 kPa (0,7315 atm)
Raksa	234,2 K (−39,0 °C)	1,65×10^−7 kPa (1,63×10^−9 atm)
Metana	90,68 K (−182,47 °C)	11,7 kPa (0,115 atm)
Neon	24,57 K (−248,58 °C)	43,2 kPa (0,426 atm)
Nitrogen monoksida	109,50 K (−163,65 °C)	21,92 kPa (0,2163 atm)
Nitrogen	63,18 K (−209,97 °C)	12,6 kPa (0,124 atm)
Dinitrogen monoksida	182,34 K (−90,81 °C)	87,85 kPa (0,8670 atm)
Oksigen	54,36 K (−218,79 °C)	0,152 kPa (0,00150 atm)
Paladium	1.825 K (1.552 °C)	3,5×10^−3 kPa (3,5×10^−5 atm)
Platina	2.045 K (1.772 °C)	2×10^−4 kPa (2,0×10^−6 atm)
Radon	202 K (−71 °C)	70 kPa (0,69 atm)
(mono)Silana[17]	88,48 K (−184,67 °C)	0,019644 kPa (0,00019387 atm)
Belerang dioksida	197,69 K (−75,46 °C)	1,67 kPa (0,0165 atm)
Titanium	1.941 K (1.668 °C)	5,3×10^−3 kPa (5,2×10^−5 atm)
Uranium heksafluorida	337,17 K (64,02 °C)	151,7 kPa (1,497 atm)
Air[4][5]	273,16 K (0,01 °C)	0,611657 kPa (0,00603659 atm)
Xenon	161,3 K (−111,8 °C)	81,5 kPa (0,804 atm)
Seng	692,65 K (419,50 °C)	0,065 kPa (0,00064 atm)

* Catatan: sebagai perbandingan, tekanan atmosfer yang umum adalah 101,325 kPa (1 atm).

Lihat pula

• Titik kritis
• Aturan fase Gibbs

Referensi

1. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, edisi ke-2 ("Buku Emas") (1997). Versi koreksi daring:  (1994) "Triple point".
2. Definisi kelvin di BIPM
3. James Thomson (1873) "A quantitative investigation of certain relations between the gaseous, the liquid, and the solid states of water-substance," Proceedings of the Royal Society, 22: 27–36. Dari catatan kaki di halaman 28: " … tiga kurva akan bertemu atau saling bersilangan dalam satu titik, yang saya sebut titik tripel."
4. International Equations for the Pressure along the Melting and along the Sublimation Curve of Ordinary Water Substance W. Wagner, A. Saul and A. Pruss (1994), J. Phys. Chem. Ref. Data, 23, 515.
5. Murphy, D. M. (2005). "Review of the vapour pressures of ice and supercooled water for atmospheric applications". Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society (dalam bahasa Inggris). 131 (608): 1539–1565. Bibcode:2005QJRMS.131.1539M. doi:10.1256/qj.04.94. 
6. Carr, Michael H. (2007). The Surface of Mars (dalam bahasa Inggris). Cambridge University Press. hlm. 5. ISBN 0-521-87201-4. 
7. Cengel, Yunus A.; Turner, Robert H. (2004). Fundamentals of thermal-fluid sciences (dalam bahasa Inggris). Boston: McGraw-Hill. hlm. 78. ISBN 0-07-297675-6. 
8. Lihat Butana (laman data)
9. Lihat Kloroform (laman data)
10. Lihat Etanol (laman data)
11. Lihat Asam format (laman data)
12. Donnelly, Russell J.; Barenghi, Carlo F. (1998). "The Observed Properties of Liquid Helium at the Saturated Vapor Pressure". Journal of Physical and Chemical Reference Data (dalam bahasa Inggris). 27 (6): 1217–1274. Bibcode:1998JPCRD..27.1217D. doi:10.1063/1.556028. 
13. Hoffer, J. K.; Gardner, W. R.; Waterfield, C. G.; Phillips, N. E. (April 1976). "Thermodynamic properties of ⁴He. II. The bcc phase and the P-T and VT phase diagrams below 2 K". Journal of Low Temperature Physics (dalam bahasa Inggris). 23 (1): 63–102. Bibcode:1976JLTP...23...63H. doi:10.1007/BF00117245. 
14. Lihat Heksafluoroetana (laman data)
15. Walas, S. M. (1990). Chemical Process Equipment – Selection and Design (dalam bahasa Inggris). Amsterdam: Elsevier. hlm. 639. ISBN 0-7506-7510-1. 
16. Lihat Isobutana (laman data)
17. "Silane-Gas Encyclopedia". Gas Encyclopedia. Air Liquide. Diarsipkan dari versi asli tanggal 13 April 2017. Diakses tanggal 13 Juni 2024. 

Pranala luar

• Media terkait Triple point di Wikimedia Commons