La gota que faltaba

T.E.L: 3 min. 18 seg.

No es agua líquida. No es vapor. Es...SuperAgua, al rescate de los desperdicios de la humanidad. Al menos, así parece, de acuerdo a un experimento sobre el estado crítico del agua, en la Estación Espacial.

Hagamos magia. Ponemos agua en un recipiente de metal. Lo ponemos sobre una fuente de calor, por ejemplo, la llama de una hornalla. Esperamos unos minutos y voilá! El agua se transformó en vapor!.

Eh, ¿no gustó? ¿No es magia?
Claro. Todo el mundo conoce el punto de ebullición, cuando una sustancia alcanza una temperatura tal que su estado pasa del líquido al gaseoso.
¿Y si hacemos lo mismo, pero ya no con un líquido, sino con un sólido? No, no pasa al estado gaseoso, sino que se licúa, cuando la temperatura alcanza el punto de fusión de esa sustancia.
Y también tenemos el punto de congelación.
Pero todo esto ya lo sabíamos, cierto?
No hay misterio, no hay sorpresa...

¿Y el punto crítico?
En física es el límite para el cual un volumen de líquido es igual al de una masa igual de vapor. Las densidades del líquido y del vapor son iguales.

En el caso del agua, el punto crítico se da a temperatura y presión de 374 ºC (647,29 K) y 228.5 bar (22,09 MPa, MegaPascales), respectivamente.

Esta transición de fase puede tener diversas aplicaciones. Se ha hablado de la generación de precursores de biocombustibles.
Y es tan importante la precisión que se realizan simulaciones moleculares para calcular el equilibrio de fases de sistemas complejos.

Pero hay muchas otras aplicaciones en investigación, entre las cuales me resulta particularmente simpática la que permite el tratamiento ecológico de basura.
Y, para hacerlo todavía más cool, un experimento se viene desarrollando en la Estación Espacial Internacional.
¿Ya lo robé la atención?

DECLIC
DECLIC es una instalación para investigar el comportamiento de fluidos a temperatura crítica en un entorno de micro-gravedad en la EEI.
El nombre proviene de Dispositif d’Etude de la Croissance et des LIquides Critiques.
¿Hace falta decir que es un experimento francés? Es desarrollado por CNES, el centro de estudios espaciales de Francia.

Se lanzó el 29/08/2009 a bordo de Discovery, se encendió dos meses después y en abril de este año se publicaron los primeros resultados científicos.
DECLIC usa la infraestructura estándar ofrecida por el rack EXPRESS en el laboratorio JEM de Japón de la EEI.

Hay tres experimentos o Inserts en DECLIC: ALI, para el estudio de fluidos cerca del punto crítico del ambiente; HTI, para investigar fluidos a altas temperaturas críticas; y DSI, para sondear la solidificación de materiales transparentes.

Primeros resultados
En abril se conoció que en condiciones de microgravedad, el valor de la temperatura crítica del agua es de 373,995ºC.
En el módulo HTI los científicos fueron capaces de monitorear los cambios en una burbuja de vapor de agua rodeada de agua líquida.
Es una forma ideal, dicen en CNES, de determinar el punto preciso y la temperatura a la cual el agua cambia de estado. "La desaparición de la burbuja muestra que las fases líquida y gaseosa no coexisten más. En otras palabras, marca la transición al estado supercrítico", explicó Gabriel Pont.

Los investigadores están interesados en el agua supercrítica porque todavía no se sabe mucho acerca de este estado intermedio de la materia, aunque ofrece promesas.

Quemando el agua
¿Un ejemplo? El agua supercrítica es capaz de disolver y "quemar" desechos orgánicos muy eficientemente, sin emitir contaminantes. Esta gota ya es mi superhéroe. Como Severina. (Supongo que el archirrival será ¿Bob Esponja?)

"Pero antes de poder estudiar este fenómeno de 'combustión fría', debemos caracterizar las propiedades físicas del agua cerca de su temperatura crítica. En el futuro cercano estudiaremos también cómo se comporta la sal en agua supercrítica -un escenario encontrado en el piso oceánico a lo largo del sistema de dorsales oceánicas", narró Bernard Zappoli.

Aquí hay dos imágenes de DECLIC.

La imagen de la izquierda, obtenida a temperatura ambiente, muestra la burbuja de gas (círculo blanco en el centro) atrapada en el agua. El círculo negro es el menisco (en un vaso de agua, por ejemplo, esta es la pequeñísima cantidad de líquido que tiende a arrastrarse por el lado del cristal). La imagen de la derecha, obtenida sobre la temperatura crítica, es decir en condiciones supercríticas, muestra que no hay ya ninguna interfaz entre el agua líquida y el agua gaseosa.
Créditos: CNES/CEA/CNRS.

Los desperdicios orgánicos podrían ser "quemados" en agua en estado crítico, obteniéndose dióxido de carbono y agua. Si no son orgánicos se obtiene, además, un depósito fácil de filtrar.

El problema de la convección
En el video que se muestra a continuación se menciona que el experimento no se realiza en la Tierra y sí en órbita porque "se forman remolinos". Se trata del fenómeno de la convección.

Video de DECLIC (subtitulado)

http://www.youtube.com/watch?v=uuZL82dmi08

Nota escrita para el XIII Carnaval de la física, en esta edición hospedado por Gravedad Cero. Para unirse y leer las entradas existe una red social en Ning.

Fuentes y links relacionados

Sobre las imágenes