La física más apasionante puede estar a veces en los objetos más cotidianos, como la llama de una vela o una palomita que salta en el microondas. Por eso el equipo de Gérard Liger-Belair ha puesto sus ojos en algo tan aparentemente nimio e intrascendente como el descorchado de una botella de champán, donde se producen algunas reacciones físicas fascinantes.
Las botellas que se descorchan a mayor temperatura producen una nubecilla azul
En un trabajo publicado esta semana en la revista Scientific Reports, el investigador francés ha analizado con todo detalle, mediante vídeos de alta velocidad, lo que sucedía durante el descorchado de botellas de champán a diferentes temperaturas (6, 12 y 20ºC) y ha encontrado una interesante diferencia: la niebla que se produce al saltar el tapón es diferente cuando la temperatura es mayor. En concreto, a temperaturas bajas aparece una característica nube blanquecina en el cuello de la botella recién abierta, pero cuando está a 20ºC la niebla es ligeramente azulada.
En general, admiten los autores, el proceso es más complejo de lo que se pensaba y en él se producen fenómenos de cambio de presión como los que ocurren en la atmósfera y fenómenos ópticos como los que dan el color al cielo o a los ojos azules. “Lo que ocurre a baja temperatura es condensación normal”, explica Liger-Belair a Next, “como la del vapor que se produce en nuestras bocas en invierno”. Al abrir la botella la mezcla de gases de su interior (compuesta sobre todo por CO2 pero con una pequeña parte de vapor de agua) sale rápidamente al exterior en un proceso de expansión adiabática. Este cambio de presión es tan brusco que la temperatura del gas desciende. Cuando el gas frío choca con el aire a temperatura ambiente, este se condensa en forma de nubecilla de vapor.
Este proceso es el mismo que sucede cuando se forma una película de agua sobre un vaso con hielo o en el parabrisas del coche en invierno: aparecen pequeñísimas gotas del agua que antes estaba en el aire y ahora, al cambiar de temperatura, pasan de estado gaseoso a líquido y se materializan sobre la superficie. De manera rudimentaria, la condensación se explica porque al aire caliente - al estar más expandido - le caben más moléculas de agua que al aire frío, de modo que cuando baja la temperatura se produce un cambio de estado y aparecen las gotitas que ya no “caben” en el aire.
La diferencia está en el proceso de expansión adiabática se produce la congelación del CO2
“La bajada de la temperatura está directamente relacionada con la bajada de presión que experimenta la mezcla de gases”, explica el especialista. “Cuanto mayor sea la bajada de presión mayor será la de temperatura”. Lo que marca la diferencia, según los autores, es que para las botellas que están más frías la bajada de temperatura es menor que la que se produce en la mezcla de gases de una botella almacenada a 20ºC. “A 6ºC la mezcla de gases alcanza una temperatura que permite la condensación y congelamiento del vapor de agua en el cuello de la botella, lo que forma la nubecilla blanca que vemos al descorcharla”, detalla Liger-Belair. Ahora bien, “para las botellas a 20ºC, la caída de temperatura es enorme y tras el proceso de expansión adiabática se produce la congelación del CO2”.
El sistema de grabación les ha permitido captar los detalles de este cambio. “Los restos de vapor de agua que quedan en la mezcla se congelan en forma de pequeños cristales de hielo”, explica el autor. “Y estos pequeños cristales de hielo permiten la congelación heterogénea del CO2 gaseoso en forma de hielo seco. Las nubecillas azules son la firma de este congelado parcial del CO2 en fase gaseosa”. A la vez, este proceso inhibe la formación del vapor de agua que se observa en el descorchado de las botellas más frías.
“El color azul se produce por los pequeños cristales de agua helada y de CO2"
En resumidas cuentas, las botellas que se descorchan a mayor temperatura producen una nubecilla azul debido a que el salto de temperatura por el cambio de presión es mas brusco y el CO2 se congela parcialmente en forma de hielo seco. ¿Y por qué se ve azulado? “El color azul se produce por los pequeños cristales de agua helada y de CO2 son mucho más pequeños que la longitud de onda de la luz ambiente”, explica Liger-Belair. “Estos pequeños cristales dispersan la luz, y lo hacen uñas eficientemente en la zona azul del espectro (lo que se conoce com dispersión de Rayleigh). Y es la misma razón que explica por que el cielo es azul”.
Referencia: Unveiling CO2 heterogeneous freezing plumes during champagne cork popping (Scientific Reports) DOI 10.1038/s41598-017-10702-6
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