La respuesta sorprendente es que hace ambas cosas : primero hierve y luego se congela.
El vacío del espacio es muy diferente de lo que estamos acostumbrados aquí en la Tierra. Donde se encuentra ahora, rodeado por nuestra atmósfera y relativamente cerca del Sol, las condiciones son las adecuadas para que el agua líquida exista de manera estable en casi todas partes en la superficie de nuestro planeta, ya sea de día o de noche.
Crédito de la imagen: Centro Goddard Space Flight Center de la NASA por Reto Stöckli, satélite Terra / instrumento MODIS.
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Pero el espacio es diferente de dos maneras extremadamente importantes: es frío (especialmente si no estás expuesto a la luz solar directa, o más lejos de nuestra estrella), y es el mejor vacío sin presión que conocemos. Mientras que la presión atmosférica estándar en la Tierra representa aproximadamente 6 × 10 ^ 22 átomos de hidrógeno que empujan hacia abajo en cada metro cuadrado en la superficie de la Tierra, y mientras que las mejores cámaras de vacío terrestres pueden llegar a aproximadamente una billonésima parte de eso, el espacio interestelar tiene una presión de millones o Incluso miles de millones de veces más pequeño que eso!
Crédito de la imagen: NASA.
En otras palabras, hay una caída increíble tanto en temperatura como en presión cuando se trata de las profundidades del espacio exterior en comparación con lo que tenemos aquí en la Tierra. Y sin embargo, eso es lo que hace que esta pregunta sea más problemática.
Verás, si tomas agua líquida y la colocas en un ambiente donde la temperatura se enfría a menos de la temperatura de congelación, formará cristales de hielo en muy poco tiempo.
Crédito de la imagen: Vyacheslav Ivanov, de su video en Vimeo: http://vimeo.com/87342468.
Bueno, el espacio es muy, muy frío. Si hablamos de ir al espacio interestelar, muy lejos (o sombreado) de cualquier estrella, la única temperatura proviene del resplandor sobrante del Big Bang: el fondo de microondas cósmico. La temperatura de este mar de radiación es de solo 2.7 Kelvin , que es lo suficientemente fría como para congelar el hidrógeno sólido, y mucho menos agua.
Entonces, si llevas agua al espacio, debería congelarse, ¿verdad?
Crédito de la imagen: Richard Sennott / AP, a través de http://www.theguardian.com/scien….
¡No tan rapido! Porque si tomas agua líquida y caes la presión en el entorno, hierve . Puede estar familiarizado con el hecho de que el agua hierve a una temperatura más baja a grandes alturas; esto se debe a que hay menos atmósfera por encima de usted y, por lo tanto, la presión es menor.
Crédito de la imagen: Thomson Higher Education.
Sin embargo, podemos encontrar un ejemplo aún más grave de este efecto si colocamos agua líquida en una cámara de vacío y luego evacuamos el aire rápidamente. ¿Qué pasa con el agua?
Crédito de animación: Sr. Grodski Chemistry, a través de YouTube en https://www.youtube.com/watch?v=….
¡Hierve, y hierve bastante violentamente! La razón de esto es que el agua, en su fase líquida, requiere tanto un cierto rango de presión como un cierto rango de temperaturas. Si comienza con agua líquida a una temperatura fija determinada, una presión suficientemente baja hará que el agua hierva inmediatamente.
Pero nuevamente, si comienza con agua líquida a una presión fija determinada y baja la temperatura, ¡el agua se congelará inmediatamente!
Crédito de la imagen: usuario común de Wikimedia Cmglee.
Cuando hablamos de poner agua líquida en el vacío del espacio, hablamos de hacer ambas cosas simultáneamente: tomar agua de una combinación de temperatura / presión en la que es estable como un líquido y moverla a una presión más baja, algo que lo hace querer hierve, y moviéndolo a una temperatura más baja, algo que lo haga querer congelarse.
Puede llevar agua líquida al espacio (a bordo, por ejemplo, la estación espacial internacional) donde se puede mantener en condiciones similares a la Tierra: a una temperatura y presión estables.
Pero cuando pones agua líquida en el espacio, donde ya no puede permanecer como líquido, ¿cuál de estas dos cosas sucede? ¿Se congela o hierve?
La respuesta sorprendente es que hace ambas cosas : primero hierve y luego se congela. Sabemos esto porque esto es lo que solía ocurrir cuando los astronautas sentían el llamado de la naturaleza mientras estaban en el espacio. Según los astronautas que lo han visto por sí mismos:
Cuando los astronautas toman una fuga en una misión y expulsan el resultado al espacio, hierve violentamente. El vapor pasa inmediatamente al estado sólido (un proceso conocido como desublimación) y terminas con una nube de cristales muy finos de orina congelada.
Hay una razón física convincente para esto: el alto calor específico del agua.
Crédito de la imagen: ChemistryLand, a través de http://www.chemistryland.com/CHM….
Es increíblemente difícil cambiar la temperatura del agua rápidamente , porque aunque el gradiente de temperatura es enorme entre el agua y el espacio interestelar, el agua mantiene el calor increíblemente bien. Además, debido a la tensión superficial, el agua tiende a permanecer en formas esféricas en el espacio (como se vio anteriormente), lo que en realidad minimiza la cantidad de superficie que tiene para intercambiar calor con su entorno bajo cero. Por lo tanto, el proceso de congelación sería increíblemente lento, a menos que hubiera alguna forma de exponer cada molécula de agua individualmente al vacío del espacio.
Pero no hay tal restricción en la presión; es efectivamente cero fuera del agua, por lo que la ebullición puede tener lugar inmediatamente, ¡sumergiendo el agua en su fase gaseosa (vapor de agua)!
Pero cuando hierva el agua, recuerde cuánto más gas consume el volumen que el líquido y cuánto más alejadas están las moléculas. Esto significa que inmediatamente después de que hierva el agua, este vapor de agua, ahora con una presión efectiva de cero, puede enfriarse muy rápidamente. Echemos otro vistazo al diagrama de fases para el agua.
Crédito de la imagen: Henry Greenside de Duke, a través de http: //www.phy.duke.edu/~hsg/363….
Una vez que llegue a menos de 210 K, entrará en la fase sólida para agua, hielo, sin importar cuál sea su presión. Entonces, eso es lo que sucede: primero el agua hierve y luego la niebla muy fina que se evapora y se congela, dando lugar a una fina y fina red de cristales de hielo.
Lo creas o no, ¡tenemos una analogía para eso aquí en la Tierra! En un día muy, muy frío ( tiene que estar alrededor de -30 ° o menos para que esto funcione), tome una olla con un poco de agua hirviendo y vuélvala al aire (lejos de su cara).
La rápida reducción de la presión (pasando de tener agua encima del aire) causará un hervor rápido, y luego la acción rápida del aire extremadamente frío sobre el vapor de agua causará la formación de cristales congelados: ¡nieve!
Crédito de la imagen: Mark Whetu, en Siberia.
Entonces, ¿el agua hierve o se congela cuando la traes al espacio? Si lo hace