🧊 Diagrama de Fases — Sólido, Líquido y Gas con Punto Triple

El punto triple es la combinación única de temperatura y presión en la que las fases sólida, líquida y gaseosa de una sustancia coexisten en equilibrio simultáneamente. Para el agua esto ocurre exactamente a 273,16 K y 611,7 Pa — un valor tan precisamente reproducible que históricamente se usó para definir el propio kelvin. En el diagrama es el único punto donde se encuentran las curvas de fusión, sublimación y vaporización.

El punto crítico (Tc, Pc) marca el final de la curva de coexistencia líquido-vapor. Más allá de esta temperatura y presión, ya no hay una interfaz nítida entre líquido y gas — las dos fases se convierten en un único fluido supercrítico con propiedades intermedias entre ambas. Para el agua esto sucede a 647,1 K y 22,06 MPa; para el CO₂ sucede a un valor mucho más accesible de 304,2 K y 7,38 MPa, razón por la cual el CO₂ supercrítico se usa ampliamente en la industria, por ejemplo en la descafeinización.

La ecuación de Clausius-Clapeyron establece que dP/dT = ΔS/ΔV a lo largo de una curva de coexistencia. Para la fusión, ΔS siempre es positivo (el líquido es más desordenado que el sólido), por lo que el signo de la pendiente depende de ΔV, el cambio de volumen al fundirse. El agua es una de las pocas sustancias comunes en las que el hielo ocupa más volumen que el líquido en el que se funde, lo que hace que ΔV sea negativo y por tanto dP/dT negativo — de ahí que aumentar la presión reduzca el punto de fusión del agua en lugar de aumentarlo.

La sublimación es la transición directa de sólido a gas sin pasar por una fase líquida. Ocurre siempre que la presión está por debajo de la presión del punto triple, por lo que la curva de sublimación — modelada aquí con una ecuación de estilo Antoine log₁₀P = A − B/T — describe la presión de vapor de la fase sólida a temperaturas por debajo de Ttr. El hielo seco (CO₂ sólido) sublima a la presión atmosférica cotidiana porque el punto triple del CO₂ (516,6 kPa) está muy por encima de 1 atmósfera, por lo que el CO₂ líquido no puede existir a presión normal.

Las presiones de vapor y sublimación siguen la relación de Clausius-Clapeyron, que predice una dependencia exponencial de la temperatura (P ∝ e^(−B/T)), por lo que en un eje de presión lineal la curva cerca del punto triple queda comprimida en una franja casi invisible mientras que la curva cerca del punto crítico domina el gráfico. Cambiar a un eje P logarítmico, como permite esta simulación, expande la región de baja presión para que las partes de sublimación y de vaporización a baja temperatura se vuelvan claramente visibles junto a la región crítica de alta presión.