Termólisis en cortocircuitos eléctricos

[Julián]

Estimados.

Sean 2 conductores eléctricos en contacto con el medio, cuya composición de moléculas y partículas corresponde a la de la atmósfera terrestre a nivel del mar. Si ambos conductores, con una diferencia de potencial se ponen en contacto, se genera en el punto de "falla" una disipación de energía en poco tiempo, con potencia elevada, que produce evaporación del metal y descomposición de partículas del aire.

Mi pregunta es la siguiente. ¿Se produce descomposición de las moléculas de agua del ambiente debido al elevado gradiente de temperatura (estoy hablando de potencias de cortocircuito mayores a 1MW)? Considerar la elevada cantidad de moléculas de H2O en el aire y que la potencia del cortocircuito produce evaporación de las moléculas de los conductores debido al incremento de temperatura.

Alguien conoce alguna información documentada de los valores de energía puesto en juego?, es decir, cuantas masas molares y energía cuando la reacción es inversa (H2+O a H2O)

[teclado]

Hola,

No he conseguido enlazarlo en una imagen, pero aquí puedes ver en un gráfico de Wikipedia la dependencia del producto iónico del agua (realmente es pK_w = -log([H⁺][OH^-])) con la temperatura. Cuanto mayor sea este parámetro, el agua se encuentra menos disociada. En él se ve cómo el pK_w comienza a aumentar a unos 250ºC, es decir, que el agua se disocia menos cuando sube la temperatura de este límite, cosa que francamente me sorprende.

Habría que encontrar un gráfico que abarque un intervalo de temperaturas mayor, porque me pica en la nariz que tiene que llegar a un cierto máximo y luego comenzar a bajar. En concreto uno que abarque hasta varios miles de grados centrígrados (temperatura típica de ebullición de los metales).

Sin embargo, creo que centrándonos en la temperatura estamos omitiendo la principal causa de disociación de las moléculas en el aire. Cuando se hace un experimento como el que dices, con potencias tan altas (por lo que estoy suponiendo voltajes también altos), lo primero que ocurre es que salta una chispa debida a que la diferencia de potencial es suficiente como para ionizar el aire (no sólo el agua que contiene) que hay entre los electrodos y se forma un arco eléctrico entre ellos (véase el concepto de rigidez dieléctrica), que no es otra cosa que aire ionizado por el que pasa la corriente. Posteriormente, y tras entrar en contacto, los dos cables pueden llegar incluso a fundirse y luego a evaporarse como dices, pero yo diría que finalmente te quedaría un nuevo arco eléctrico estable de aire ionizado como el del vídeo siguiente:

[Julián]

Sin embargo, creo que centrándonos en la temperatura estamos omitiendo la principal causa de disociación de las moléculas en el aire. Cuando se hace un experimento como el que dices, con potencias tan altas (por lo que estoy suponiendo voltajes también altos), lo primero que ocurre es que salta una chispa debida a que la diferencia de potencial es suficiente como para ionizar el aire (no sólo el agua que contiene) que hay entre los electrodos y se forma un arco eléctrico entre ellos (véase el concepto de rigidez dieléctrica), que no es otra cosa que aire ionizado por el que pasa la corriente. Posteriormente, y tras entrar en contacto, los dos cables pueden llegar incluso a fundirse y luego a evaporarse como dices, pero yo diría que finalmente te quedaría un nuevo arco eléctrico estable de aire ionizado como el del vídeo siguiente:

Claro efectivamente en alta tensión y un poco en media tensión el arco eléctrico juega un papel predominante pero no así en baja tensión, eso es debido que la distancia dieléctrica para una tensión de 220 Vac es de 0.5 mm a 0.07 mm dependiendo del medio (humedad del aire). Por lo que al acercar los electrodos entran en contacto y toda la potencia es realizada por el efecto joule sin ionizar por gradiente de potencial (aunque si por efecto termoiónico) el aire.

No he conseguido enlazarlo en una imagen, pero aquí puedes ver en un gráfico de Wikipedia la dependencia del producto iónico del agua (realmente es pK_w = -log([H⁺][OH^-])) con la temperatura. Cuanto mayor sea este parámetro, el agua se encuentra menos disociada. En él se ve cómo el pK_w comienza a aumentar a unos 250ºC, es decir, que el agua se disocia menos cuando sube la temperatura de este límite, cosa que francamente me sorprende.

La verdad que me sorprende el dato a mi también. He visto en fuentes (no muy confiables ya que no son ningún documento científico o norma técnica) que la disociación de la molécula de agua es a 2400ºC pero no especifica en el documento nivel de presión, ni porcentaje molar que se disocia, ni volumen. Por lo que no me parece validero.