El vapor no me congela

(El tema me vino a la mente recordando una conversación con Jorge “Lalo” Ramírez).
Probablemente han oido del nitrógeno líquido, que se usa para enfriar cosas a temperaturas muy bajas, congelándolas casi al instante. (Por ejemplo, es posible clavar un clavo con un plátano que fue sumergido previamente en nitrógeno líquido.) Pero por ahora no nos encargaremos de los cocteles de fruta congelada. No me he vuelto loco si les digo que alguna vez en laboratorio, en un ambiente controlado, y bajo la supervisión del laboratorista, metí mi dedo en nitrógeno líquido, y aún puedo tocar el piano. Esto fue posible gracias al efecto Leidenfrost.

Vayan a la cocina, tomen un sartén lo más liso posible y pónganlo en la estufa. Si echan unas gotas de agua cuando apenas se esté calentando, verán como el agua se desparrama y se evapora rápidamente. Pero si esperan a que se caliente lo suficiente y vuelven a derramar unas cuantas gotas de agua, las gotas de agua no se evaporarán tan rápido y correrán en forma casi esférica (ya en una entrada anterior les comenté el por qué la forma esférica) sobre la superficie del sartén, disminuyendo muy lentamente. Esto no pasa infinitamente; llega un punto en el que al fin se desparrama la gota, o se atora en alguna irregularidad y después de esto pasa a ser vapor. En el siguiente vídeo pueden ver un acercamiento en cámara lenta de lo que está pasando.

En el video pueden ver que parece que la gota líquida no toca la superficie. Pues esto es así, y se trata del efecto Leidenfrost. Este efecto consiste en que un líquido, en contacto directo con una masa significativamente más caliente que el punto de ebullición del líquido produce una capa aislante de vapor que evita que dicho líquido se evapore rápidamente. Noten cómo en el vídeo también se ve que la gota va dejando una estela de vapor. Para que se forme esta capa de vapor, la superficie caliente debe estar a una mayor temperatura que el llamado punto de Leidenfrost, que es la temperatura en la cuál la gota flotante dura lo más posible. El calor del sartén se transmite poco a poco a la gota y por ello ésta va reduciéndose en tamaño, pues se evapora hasta un punto en que el calor transmitido por la fuente caliente es suficiente como para evaporar la gota en su totalidad.
El efecto Leidenfrost no sólo puede proteger pequeñas gotas de desaparecer en una sartén caliente, sino que puede aislar cosas más grandes, como una mano, por un pequeño período de tiempo sin que sea dañada por los efectos de la exposición a temperaturas extremas.

ADVERTENCIA: Como ya lo mencioné antes, el efecto Leidenfrost no es infinito, y requiere que la superficie caliente esté arriba de una temperatura umbral, por lo que los siguientes experimentos pueden generar graves daños si no son realizados de manera adecuada. Para fines demostrativos. No lo intenten, a menos que se encuentren en un ambiente controlado y bajo supervisión de alguien experimentado en el tema.

Por ejemplo, el efecto Leidenfrost puede evitar que una mano se congele, como se muestra en el siguiente video (tiene subtítulos en inglés, pero lo pueden configurar para que sea traducido al español):

La temperatura de ebullición (temperatura a la cuál el líquido se convierte en gas) del nitrógeno es de 77.36 K, es decir de -195.79°C. La mano y el suelo están a temperatura ambiente, que, desde la perspectiva del nitrógeno líquido, son superficies extremadamente calientes. Entonces por el efecto Leidenfrost, se forma una capa de vapor de nitrógeno alrededor de la mano o del piso que los aísla por un momento del resto del nitrógeno líquido. El experimentador en el vídeo decide no meter su mano en el frasco estrecho, pues si se atorara, el vapor alrededor de la mano adquiriría la temperatura del nitrógeno líquido a su alrededor, por lo que dejaría de existir la capa aislante alrededor de la mano y el experimentador perdería su mano por congelación.

El otro caso se va al otro extremo de las temperaturas. Trata con temperaturas muy calientes. Es decir, el experimentador en este caso introduce sus dedos en plomo derretido.

Para lograr esto satisfactoriamente, es fundamental que el experimentador moje primero su mano y después la introduzca en el plomo. Pero también debe tener cuidado, pues si el plomo no se calienta lo suficiente y su temperatura está debajo del punto de Leidenfrost del agua, el plomo se adherirá a su piel, provocando graves quemaduras. ¡Ouch!

Insisto, no intenten estos experimentos a menos que estén en un ambiente controlado y bajo la supervisión de un experto en el tema.

¿Por qué en el caso del nitrógeno líquido no es necesario mojar la mano, pero en el caso de plomo sí? Se los dejo de tarea.

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9 comentarios el “El vapor no me congela

  1. ¡Qué genial! Durante años me la pasaba jugando con gotitas de agua sobre el comal y siempre me regañaron. Ahora les puedo decir que “estaba probando el efecto Leidenfrost” jajajajajaja

    Con respecto a la pregunta. Analizando bien el fenómeno de Leidenfrost, necesitas “algo” que se evapore y crear al mismo tiempo la barrera de vapor. En el caso del nitrógeno, es él mismo quien se evapora y crea la barrera; sin necesidad de mojar la mano. Con el plomo, necesitas tener agua para que se evapore y cree la barrera.

    SALUDOS

  2. Umm… supongo que si metes tu mano en el plomo así no más, no hay nada que se evapore y te proteja, pero si mojas tu mano, te protege el vapor del agua

    • En efecto. Como dijo Jorge, en el caso del nitrógeno lo que crea la barrera de vapor es el nitrógeno. La humedad que tenemos en la mano es muy poca como para aislar la mano del calor transferido por el plomo.

      • no era precisamente una investigación lo que tenia q hacer 🙂 solo necesitaba una buena idea para escribir al respecto

  3. ¡Está muy padre! Tengo una pregunta: ¿este efecto es el mismo que sucede cuando pones una gota de agua sobre hielo seco (CO2 solidificado) y ésta durante unos segundos se mueve sobre la superficie tal cual una pelota antes de quedar completamente congelada?

    • Digo, intuyo que en el caso del hielo seco es éste mismo pasando a su estado gaseoso el que forma esa “barrera de vapor” al entrar en contacto con la gota de agua que (para él) está exageradamente caliente.

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