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¿Qué ocurre cuando el hielo paraacuático se funde de repente?

Fondo (hidrógeno)

En el caso del hidrógeno recién licuado (que está bastante frío, por supuesto), debe reequilibrarse antes de cargarlo en un cohete como combustible para evitar un equilibrio exotérmico repentino de la relación del ortho- y para- formas. Esto se debe a que el grado de libertad del espín nuclear (singlete frente a triplete) permanece inicialmente caliente incluso cuando los demás grados de libertad de la molécula están fríos.

La cuestión ¿Cuál es el problema orto/para con el LH2 como combustible? citas Fundamentos del hidrógeno en un sitio web sobre seguridad del hidrógeno:

El hidrógeno líquido (LH2) tiene la ventaja de su extrema limpieza y de ser el tipo de almacenamiento más económico, sin embargo, a costa de un importante consumo energético de aproximadamente un tercio de su calor de combustión. Otro inconveniente es la pérdida inevitable por ebullición, típica para mantener la temperatura fría en el depósito. La tasa de evaporación aumenta incluso cuando se almacena ortohidrógeno. El calor liberado durante la conversión orto-para a 20 K es enorme, con 670 kJ/kg, frente a una cifra de 446 kJ/kg para el calor latente de vaporización a la misma temperatura. Esto representa un problema de seguridad que requiere un diseño del circuito de hidrógeno capaz de eliminar el calor de conversión de forma segura.

Agua

Si en lugar de eso empezara con un frío extremo agua helada ( ahora hemos cambiado de $\ce{H2}$ a $\ce{H2O}$ ) digamos a la temperatura del helio líquido, y añadir un calor suficiente para elevarlo rápidamente a 0°C y simplemente fundirlo en líquido, sería mayoritariamente para- agua. Esto estará fuera de equilibrio, y los espines nucleares seguirán queriendo calentarse también.

¿Qué pasaría después? ¿Se volvería a congelar el agua en una fracción de segundo? ¿O tardaría horas o días en reequilibrarse tranquilamente?

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Jan Lanpher Puntos 6

<em>Tenga en cuenta que esta respuesta es <strong>no </strong>completa </em>. Tenga en cuenta que dondequiera que se ponga un "*" en la respuesta, significa que necesita cifras o explicaciones que la apoyen. Si alguien las ha encontrado o algo relacionado, ¡por favor, compártalas! :)

Ahora por desgracia no tengo un respuesta completa y fiable por lo que agradeceré cualquier comentario que se oponga o complete mi respuesta.


TLDR;

Debería tardar unas horas en reequilibrarse*.

Respuesta más larga

... y simplemente fundirlo a líquido, sería en su mayoría para -agua

Para quienes no entiendan por qué esto es así, añadiré una breve explicación. A temperaturas más bajas, especialmente en torno a 0K-50K, el para-agua es más estable que el orto-agua como muestra Relación estadística orto-para del agua desorbida del hielo a 10 kelvin :

Como muestra la Fig. 1, curva A, $T_{spin}$ puede utilizarse como sonda para regiones de baja temperatura porque para- $\ce{H_2O}$ ( $J_{K_a,K_c=0_{00}}$ ) es más estable que el orto-H2O ( $J_{K_a,K_c=1_{01}}$ ) en fase gaseosa debido a la $\ce{23.8 cm^{1}}$ (34,2 K) de diferencia de energía rotacional entre ellos.

OPR of H2O as function of temperature

Ahora volvamos a la pregunta principal. Sabemos que se necesita energía (probablemente mucha*) para que se produzca la transición orto-para basándonos en Un mecanismo para la para-ortoconversión del hidrógeno por sustancias diamagnéticas :

Según la teoría de Wigner (I) la conversión no disociativa del hidrógeno entre los estados pm-u y orto sólo puede ocurrir en presencia de un campo magnético externo no homogéneo.

También sabemos que toda esa energía no puede obtenerse y utilizarse en la transición orto-para tan rápidamente, y muchas fuentes sugieren que se tardarían horas en reequilibrarse*, dos de esas fuentes están aquí en el Ortho-Para natural Índice de conversión en hidrógeno líquido y gaseoso y Separación del agua en sus isómeros orto y para .

Tenga en cuenta que de Wikipedia - Isómeros de espín del hidrógeno :

Esta es la intercepción T = 0 observada en la energía molar del ortohidrógeno. Puesto que el hidrógeno "normal" a temperatura ambiente es una mezcla 3:1 orto:para, su energía molar de rotación residual a baja temperatura es (3/4) × 2Rrot 1091 J/mol,[cita requerida] que es algo mayor que la entalpía de vaporización del hidrógeno normal, 904 J/mol en el punto de ebullición, Tb 20. 369 K.[10] Notablemente, los puntos de ebullición del parahidrógeno y del hidrógeno normal (3:1) son iguales. 369 K.[10] Notablemente, los puntos de ebullición del parahidrógeno y del hidrógeno normal (3:1) son casi iguales; para el parahidrógeno Hvap 898 J/mol a Tb 20.277 K, y se deduce que casi toda la energía rotacional residual del ortohidrógeno se retiene en estado líquido.

Una fuente afirma de Iopscience - La relación orto-para de las moléculas de agua desorbidas del hielo fabricado a partir de monómeros de paraagua a 11 K :

Ortho-Para conversion and graph

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