Mudança de estado da água ao ser exposta ao vácuo
10 de fevereiro, 2018 às 20:38 | Postado em Gás e vapor, Mudanças de estado da matéria, Termologia, termodinâmica
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Bom dia. Acabei de assistir ao filme The Cloverfield Paradox na Netflix. É um filme de ficção científica e se passa no espaço abordo de uma espécie de satélite. Há muitas coisas esquisitas e fisicamente questionáveis nesse filme, porém em uma certa cena, que ocorre algo fisicamente palpável, me deixou com uma dúvida.
Pois bem, nessa cena aparece um sala que começa a encher de água, a vazão de água é tanta que a pressão na sala aumenta e a comporta que separa a sala do espaço sideral se rompe e assim que a comporta se abre a água, até então no estado líquido, se solidifica instantaneamente (se alguém quiser acompanhar no filme, a cena se encontra em 01:01:20).
Após ver isso pensei um pouco, analisei um gráfico com o diagrama p-T da água e assumi algumas suposições iniciais, tais como, no início do processo a sala se encontrava a 1 bar e a água em estado líquido comprimido, com temperatura ambiente de 20°C. Observei que durante a cena a pessoa presa na sala não desmaiou, o que me levou a concluir que a pressão na sala não passou dos 15 bar (possível pressão máxima que o corpo humano suporta, segundo o Google), assim constatei que a comporta se rompeu próximo aos 15 bar diminuindo a pressão na sala. Considerando que a troca de calor entre a água e as paredes da sala fosse lenta e praticamente desprezível, o processo de tornou apenas dependente da pressão. Assim, se fosse um processo quase-estático a temperatura constante, a água evaporaria, porém, na cena, não é quase-estático, é um processo bruto e rápido, onde a pressão vai de 15 bar para próximo de 0 bar num piscar de olhos.
Pergunto, nessas condições, a água realmente congelaria como foi mostrada na cena ou a reação seria parecida com a do processo quase-estático que supus (acredito que eu tenha suposto certo)?
A descompressão súbita da massa de água liquida na temperatura de 20 graus C levaria à vaporização (ebulição) da água e não à cristalização (congelamento) instantânea do líquido. Ao vaporizar, a massa restante no estado líquido baixa sua temperatura e finalmente poderá restar parte da massa inicial congelada conforme ilustrado no vídeo Boiling water until it freezes. A cristalização instantânea do líquido é impossível pois implica em que uma grande quantidade de energia (cerca de 80 calorias ou 340 joules por grama) tenha que ser retirada instantaneamente da massa líquida para acontecer tal processo de congelamento. Há uma postagem de 2013 que trata de tema correlato: O que acontece se alguém jogar um copo de água no vácuo do espaço?
Na postagem indicada a seguir a cristalização quase instantânea de uma parte de líquido é conseguida por levar inicialmente o líquido a uma temperatura inferior à sua temperatura de cristalização sem entretanto solidificar (o liquido se encontra então em um metaestado denominado de superfusão ou sobrefusão ou superresfriamento). Processo semelhante pode acontecer com a água superresfriada e, portanto a uma temperatura inferior a do seu ponto de congelamento. Vide o vídeo ao final da postagem também: Superfusão: substância no estado líquido abaixo do ponto de solidificação!
Outras postagens tratando de filmes de ficção científica:
Corpos humanos não deveriam explodir no espaço interplanetário quando há descompressão?
Imponderabilidade no filme GRAVIDADE: até quando é possível?
Outras postagens tratando especificamente da água:
Superaquecimento no forno de micro-ondas!
“Docendo disicimus.” (Sêneca)