Aquecer faz virar vapor, esfriar faz virar gelo. Mas existe um ponto exato em que a água faz tudo de uma vez: ferve, congela e evapora no mesmo copo. E esse equilíbrio improvável é o estado mais estável dela.

I

O Mecanismo

Para qualquer substância existe um mapa que diz em que estado ela aparece para cada combinação de pressão e temperatura. Esse mapa se chama diagrama de fases. Nele há linhas que separam o sólido do líquido, o líquido do gás e o sólido do gás.

Em cima de cada linha, duas fases coexistem em equilíbrio: é por isso que a água fervendo mantém líquido e vapor lado a lado sem que um vença o outro. Agora imagine o lugar onde as três linhas se cruzam.

Esse cruzamento é um ponto só, e ali, ao mesmo tempo, sólido, líquido e gás dividem o mesmo equilíbrio. Esse é o ponto triplo.

Para a água, esse encontro acontece a 273,16 kelvin, ou 0,01 grau Celsius, sob uma pressão de cerca de 611 pascals, quase um centésimo da pressão atmosférica ao nível do mar.

Numa célula de vidro selada, com a quantidade certa de água pura e o ar retirado, dá para chegar nesse estado e observar o efeito ao vivo: uma casca de gelo na parede, água líquida logo abaixo e vapor ocupando o resto, todos firmes, sem um avançar sobre o outro.

O líquido está fervendo porque a pressão é baixíssima, e ao mesmo tempo está congelando porque a temperatura é a do equilíbrio com o gelo. Ferve e congela no mesmo copo.

O que trava esse equilíbrio é uma regra simples da termodinâmica: ela não deixa as três fases da água coexistirem em mais de um ponto. O ponto triplo não é uma faixa nem um intervalo que você ajusta. É uma coordenada fixa, ditada pela própria substância.

Mude um pouco a pressão ou a temperatura e uma das fases some na hora. Por isso esse ponto é tão valioso: ele é reproduzível em qualquer laboratório do mundo, sempre no mesmo lugar.

II

Por que Importa

Essa fixidez fez do ponto triplo uma régua. De 1954 até 2019, a escala kelvin foi definida por ele: o kelvin era, por convenção, a fração de 1/273,16 da temperatura do ponto triplo da água.

Toda temperatura medida com rigor no planeta, de um forno industrial a um telescópio resfriado, dependia daquela casca de gelo dentro de uma célula de vidro.

Você convive com um fenômeno que parece impossível e que, por mais de seis décadas, foi a âncora de como a humanidade mede o calor e o frio do universo.

III

A Fonte

Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). The International System of Units (SI Brochure). Definição da escala de temperatura termodinâmica pelo ponto triplo da água, 273,16 K, vigente entre a 10ª Conferência Geral de Pesos e Medidas (1954) e a redefinição do kelvin pela constante de Boltzmann (2019).

Padrão internacional de metrologia. O ponto triplo da água foi por décadas a referência fixa do kelvin, reproduzível por células de ponto triplo seladas em laboratórios de padrões do mundo inteiro. Em 2019, o SI passou a definir o kelvin pela constante de Boltzmann, mas o valor de 273,16 K para o ponto triplo permanece como medição de altíssima precisão.

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Até o próximo fenômeno verificado.