El agua hierve a temperaturas positivas cuando se pone en el vacío. ¿Es así con todos los líquidos, por ejemplo, el mercurio?
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user24124
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Tomo su pregunta como
¿Hay alguna sustancia con fase de equilibrio condensada (sólida o líquida) a presión cero?
No, debido a la física estadística.
Consideremos dos cosas. 1) La energía potencial de interacción entre las moléculas. (2) La distribución de la energía térmica para las moléculas.
La energía potencial de la interacción puede ser generalmente de cualquier forma, con atracción, repulsión, extremos, pero siempre es $0$ a la distancia infinita $r \to\infty $ lo que significa que dos moléculas se liberan cuando están lo suficientemente lejos. Cualquier estado de unión tiene entonces energía por debajo $0$ y cualquier estado con energía por encima $0$ está desatado, de tal manera que las moléculas se alejan incluso si estuvieran cerca en algún momento.
La distribución de la energía térmica en equilibrio siempre tiene una especie de "cola" en las altas energías, en forma de $ \exp (-E/k_B T)$ . Es la característica común de las distribuciones Fermi-Dirac, Bose-Einstein y Maxwell-Boltzmann, mientras que todas las diferencias radican en las bajas energías. Dicho esto, no hay un límite de energía por encima del cual la probabilidad de una molécula sería $0$ .
Estos dos hechos juntos dicen que cualquier fase condensada a presión cero y $T>0$ perdería moléculas, sin llegar nunca a un equilibrio. Aunque el ritmo de este proceso podría ser extremadamente lento y experimentalmente irrelevante.
¿Qué hace que una fase condensada sea estable a una presión distinta de cero? Entonces siempre hay algunas moléculas externas entrantes que compensan la pérdida por las moléculas evaporadas.
Hay otros dos casos que vale la pena mencionar. El primero es átomos y núcleos atómicos ¿No son estables? El mismo razonamiento se aplica a ellos, pero su energía de unión es bastante alta, y por lo tanto la probabilidad de evaporación de una sola partícula a temperatura ambiente es extremadamente baja (el exponente es una función que disminuye muy rápidamente). Aunque a temperaturas más altas alcanzan el equilibrio en el plasma y el plasma nucleónico respectivamente. Estos plasmas pueden hacerse a una presión baja arbitraria, entonces no habría átomos ni núcleos.
El segundo caso es quarks en el nucleón . Aquí la energía de la interacción no se desvanece en el infinito así que los nucleones son verdaderos sistemas unidos (a temperatura finita). Aunque esto no es independiente de la temperatura: a una temperatura muy alta existe un mar de gluones libres y pares quark-anticuarzo, y la energía de interacción cambia, convirtiéndose en no vinculante al infinito, como ocurre en el plasma quark-gluón.
Starior
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El punto de ebullición de los líquidos depende de la temperatura y la presión. Si la presión del medio que presenta el líquido aumenta, el punto de ebullición del líquido también aumenta. Como el vacío perfecto no tiene presión, todos los líquidos hierven en un vacío perfecto. Sin embargo, no existe el vacío perfecto (incluso el espacio es %99.99 de vacío). Si preguntas si todos los líquidos hierven en el espacio, la respuesta es no. Si no hay suficiente calor, entonces algunos líquidos no hervirán en el espacio. Además, si se conoce el calor de la vaporización y la presión de vapor de un líquido a una cierta temperatura, el punto de ebullición puede ser calculado usando la ecuación de Clausius-Clapeyron así:
$T_B = \Bigg ( \frac {1}{T_0}- \frac {\,R\, \ln ( \frac {P}{P_0})}{ \Delta H_{vap}} \Bigg )^{-1}$
donde:
$T_B $ = el punto de ebullición a la presión de interés (en K)
$R$ = la constante ideal del gas, 8.314 J - K-1 - mol-1
$P$ = es la presión de vapor del líquido a la presión de interés, ya sea atm o kPa dependiendo de la presión estándar utilizada
$P_0$ = es una presión donde se conoce el T_0 correspondiente, (normalmente datos disponibles a 1atm o 100kPa)
$ \Delta H_{vap}$ = el calor de la vaporización del líquido, J - mol-1 en P_0
$T_0$ = la temperatura de ebullición, en K
$ \ln $ = el logaritmo natural
Se puede calcular el punto de ebullición del líquido por esto y luego se debe convertir en calor ya que el vacío no tiene moléculas (por lo tanto la temperatura). Si el calor que se presenta en el vacío es mayor que el calor que has calculado, entonces puedes decir que el líquido hierve en ese medio.
