Quiten el fuego de la Tierra: La "llama fría" en el espacio aparece como una esfera azul.

Los antepasados ​​humanos han descubierto el fuego desde hace miles de años. Aun así, no podemos evitar sentirnos atraídos por las llamas peligrosamente danzantes de una fogata. Hacer y controlar el fuego se ha convertido en una de las operaciones químicas más antiguas de la humanidad. Durante siglos hemos reconocido en gran medida las características del fuego que arde en tierra. En el proceso de explorar constantemente los límites de la humanidad, alguien decidió "mantener el fuego alejado de la tierra" y observar lo que le sucede...

En 2012, los astronautas analizaron la llama que ardía en la superficie del planeta. Estación Espacial Internacional. A través de este "experimento de extinción de incendios" (FLEX para abreviar), los científicos verificaron conocimientos teóricos más profundos de que las gotas de hexano pueden encenderse en presencia de oxígeno para formar una llama fría esférica azul. ¿Pero cómo puede ser fría una llama? ¿Por qué ir primero al espacio para observar la llama fría? ¡Hagamos un análisis exhaustivo!

La química de la formación de llamas frías

Cuando un objeto se enciende, el gas que lo rodea se sobrecalienta y comienza a brillar, creando una llama. La "fórmula" del fuego es sencilla, ya que sólo se necesitan tres materias primas: oxígeno, combustible y calor. Esta relación fundamental también se conoce como el "Triángulo del Fuego".

En la Tierra, no tenemos que preocuparnos de que las llamas se queden sin oxígeno. En cualquier momento, la Tierra contiene aproximadamente 654,38+0,2 billones de toneladas de oxígeno. Además de sustentar la vida, este entorno rico en oxígeno proporciona las condiciones perfectas para iniciar un incendio. A continuación, hablemos del combustible, que es una sustancia que se quema en presencia de oxígeno y libera energía en el proceso. Técnicamente, todo lo que nos rodea es combustible y, si alcanza una temperatura lo suficientemente alta, se incendiará. Sin embargo, preferimos utilizar materiales inflamables o de baja inflamabilidad como combustible, incluidos carbón, petróleo o hexano.

La combustión con llama implica un proceso químico simple llamado combustión. Durante este proceso, el combustible se combina con el oxígeno, sufre algunas reacciones químicas y libera energía en forma de luz y calor. Sin embargo, el combustible sólo puede reaccionar con el oxígeno por encima de su temperatura de ignición. La energía adicional necesaria para alcanzar esta temperatura e iniciar el proceso de combustión es proporcionada por una fuente de calor externa, por ejemplo, la fuente de calor que enciende una estufa es una chispa eléctrica, y en el caso de una cerilla, es el calor generado por la fricción de la cabeza del fósforo contra el panel texturizado de la caja de fósforos que enciende el combustible del fósforo.

La formación de una llama fría sigue exactamente el mismo proceso químico. Los hidrocarburos combustibles se encienden y queman en presencia de oxígeno, y estas llamas no congelan las cosas, sino que las derriten. Se les llama "llamas frías" porque la temperatura de estas llamas es bastante baja. La llama producida por una estufa común es de aproximadamente 1700 grados Celsius, mientras que la temperatura de la llama fría está entre 400 y 600 grados Celsius.

¿Qué tiene de especial Leng Yan?

La llama fría observada en la Estación Espacial Internacional es esférica y es casi imposible de reproducir en la Tierra en circunstancias normales. Puede que la mayoría de nosotros no nos demos cuenta, pero la gravedad juega un papel importante en el fenómeno del fuego que arde en la Tierra. Cuando las personas encienden un fuego, los gases circundantes se calientan. A través de la convección, los gases calientes menos densos se elevarán y aspirarán aire más frío y fresco, manteniendo la llama encendida. Este efecto push-pull entre aire ligeramente calentado y ligeramente enfriado crea una llama distintiva en forma de lágrima. En un entorno espacial, no hay gravedad que cree un gradiente de densidad, lo que explica por qué se forman llamas esféricas.

Al mismo tiempo, la llama fría no tiene acceso a un suministro de oxígeno, por lo que se puede utilizar un regulador externo, como un ventilador, para aumentar la llama. Este flujo controlado de oxígeno produce una tenue llama azul y el combustible se quema completamente para formar monóxido de carbono y formaldehído sin hollín residual. La forma de la llama fría es ligeramente diferente con los ajustes.

Si observamos detenidamente la llama de una vela, podemos ver dos tipos de llama: una llama exterior azul y una llama interior amarilla debido a la diferencia de contenido de oxígeno y temperatura. El área azul fuera de la llama tiene la mayor concentración de oxígeno debido a la entrada de aire fresco circundante, lo que la convierte en el área más caliente de la llama. Aquí el combustible (principalmente a base de carbono) se quema por completo, por lo que sólo se producen dióxido de carbono y agua como subproductos.

Por otro lado, la zona amarilla tiene baja temperatura y bajo contenido de oxígeno, lo que provoca una combustión incompleta del combustible y la formación de partículas de carbono no quemadas, "hollín", así como dióxido de carbono y agua. A continuación, las partículas de hollín se recalientan y forman la característica llama amarilla.

Aunque no es muy común, en la Tierra se pueden producir llamas completamente azules. Todo lo que hay que hacer es introducir suficiente oxígeno en la llama.

Dispositivos como los mecheros Bunsen y los sopletes de soldadura pueden producir una llama casi completamente azul regulando cuidadosamente el flujo de oxígeno y combustible.

¿Qué causa que las llamas espaciales se "enfríen"?

En primer lugar, las llamas espaciales se enfrían porque se encienden en el entorno espacial. En segundo lugar, el proceso de combustión y difusión de la llama es lento.

En un entorno de microgravedad, el oxígeno entra en contacto con la llama a través de la difusión, en lugar de crear un gradiente de densidad que genere succión como lo hace la gravedad en la Tierra. Este lento flujo de oxígeno reduce en gran medida la temperatura de la llama, y ​​la temperatura de la llama depende en gran medida de la cantidad de combustible y oxígeno disponible en la llama. Debido a la falta de calor radiante y de sustancias químicas ionizadas brillantes, estas llamas literalmente elevan la temperatura circundante o parecen llamas brillantes.

Una llama lenta y a baja temperatura parece ser una señal de seguridad, pero por el contrario, el fuego en la Tierra es un proceso de combustión rápida que requiere un flujo continuo y rápido de oxígeno para continuar ardiendo, y es relativamente fácil de iniciar y detener. Si se corta el suministro de oxígeno por un momento, la llama se apagará. Sin embargo, este no es el caso de las llamas frías, que continúan ardiendo durante mucho tiempo incluso con un flujo de oxígeno limitado.

De hecho, sabemos muy poco sobre las llamas criogénicas y la combustión con llamas fuera de la Tierra. Revelar las misteriosas propiedades químicas de las llamas frías no solo hará que los viajes espaciales sean más seguros, sino que también nos ayudará a desarrollar motores de combustión interna eficientes y sin humo.