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La licuefacción de gases es la conversión física de un gas en estado líquido (condensación). La licuefacción de gases es un proceso complicado que utiliza diversas compresiones y expansiones para alcanzar altas presiones y temperaturas muy bajas, utilizando, por ejemplo, turboexpansores.
Su desarrollo e historia permitió el avance de la ciencia y la tecnología. Por un lado, ayudó a comprender algunas propiedades de la materia y energía y por otro lado generó industrias como los gases medicinales, congelación y preservación y otras relacionadas.
Antecedentes de la licuefacción
El lunes 3 de diciembre de 1877, la Academia de Ciencias de Francia recibió una carta de Louis Cailletet, un físico de 45 años de Châtillon-sur-Seine. La carta afirmaba que Cailletet había tenido éxito en la licuefacción tanto del monóxido de carbono como del oxígeno.
La licuefacción en sí misma no era algo nuevo para la ciencia del siglo XIX, cabe decirlo. El valor noticioso del anuncio de Cailletet fue que había licuado dos gases considerados previamente «no condensables».
Aunque varios gases como el cloro, el dióxido de carbono, el dióxido de azufre, el sulfuro de hidrógeno, el etileno y el amoníaco se habían licuado mediante la aplicación simultánea de presión y enfriamiento, los principales gases que componen el aire, nitrógeno y oxígeno, junto con monóxido de carbono, óxido nítrico, hidrógeno y helio, se habían resistido obstinadamente a licuarse, a pesar del uso de presiones de hasta 3000 atmósferas. A mediados del siglo XIX, la opinión general era que estos gases no podían convertirse en líquidos en ninguna circunstancia.
Pero en 1869, apareció un artículo en una revista británica que hizo que la comunidad científica reconsiderara su punto de vista.
El artículo, titulado «On the Continuity of the Gaseous and Liquid States of Matter» y publicado en Philosophical Transactions of the Royal Society, fue escrito por Thomas Andrews, de 55 años, vicepresidente del Queen’s College Belfast en Irlanda del Norte.
Además de su papel administrativo, Thomas Andrews también era profesor de química en el Queen’s College Belfast. Desde el comienzo de su larga carrera como profesor, mostró interés en los gases, comenzando con un estudio sobre el ozono realizado juntamente con el físico matemático escocés Peter Guthrie Tait. Luego, en el verano de 1860, el profesor Andrews centró su atención en la licuefacción de gases, un tema que el influyente Michael Faraday había destacado en el ámbito científico durante la década de 1820; Faraday fue el primero en licuar gas cloro en 1823.
La pista para vencer la barrera
Quizás no sorprendentemente, Thomas Andrews fue tras el gran premio en sus experimentos iniciales, en los que intentó licuar los gases considerados «no condensables». Y, como era de esperar, no llegó a ninguna parte: ninguno de estos gases mostró disposición alguna a licuarse. Andrews luego reenfocó su investigación en la licuefacción del dióxido de carbono (llamado ácido carbónico en su época), y en 1863 hizo la observación que lo llevaría al camino de la fama.
Escribió: «Al licuar parcialmente el ácido carbónico solo con presión y elevando gradualmente al mismo tiempo la temperatura a 88 F. (31.1°C), la superficie de demarcación entre el líquido y el gas se volvió más tenue, perdió su curvatura y finalmente desapareció. El espacio fue entonces ocupado por un fluido homogéneo, que mostraba, cuando la presión disminuía repentinamente o la temperatura bajaba ligeramente, una apariencia peculiar de estrías móviles o parpadeantes en toda su masa. A temperaturas superiores a 88°, no se podía lograr ninguna aparente licuefacción de ácido carbónico ni separación en dos formas distintas de materia, incluso cuando se aplicaba una presión de 300 o 400 atmósferas».
La temperatura critica
Andrews había descubierto la existencia de una propiedad fundamental de los gases, a la que llamó «temperatura crítica»: la temperatura por encima de la cual ningún gas podía ser licuado solo por presión. Si todos los gases tenían una temperatura crítica, entonces todos los gases podrían ser licuados si se enfriaban por debajo de esa temperatura.
Los gases considerados «no condensables» eran simplemente gases cuyas temperaturas críticas eran más bajas que la temperatura más baja alcanzable en ese momento, que era alrededor de -110°C. Lo que se necesitaba era un nuevo principio de enfriamiento para alcanzar temperaturas más bajas.
La buena noticia era que el nuevo principio de enfriamiento ya era conocido por la ciencia. Había sido descubierto por James Joule y William Thomson (más tarde Lord Kelvin) en un sótano de Manchester una década antes.
En mayo de 1852, James Joule y William Thomson llevaron a cabo un famoso experimento en el sótano de la casa de Joule en Salford, Manchester, Inglaterra. En este experimento, bombeaban aire a presión a través de una bobina de tubo de plomo que estaba estrechamente construido en cierto punto a lo largo de su longitud y abierto a la atmósfera en su extremo lejano.
El aparato estaba equipado con termómetros para medir la temperatura del flujo de aire a ambos lados de la constricción, que estaba aislada para evitar el intercambio de calor con el entorno.
Efecto Joule – Thomson
Joule y Thomson observaron una disminución de la temperatura. El aire se enfriaba a medida que fluía a través de la sección estrechada del tubo, desde una región de mayor presión hasta una región de menor presión.
El descubrimiento de este efecto de enfriamiento, llamado efecto Joule-Thomson en su honor, fue un momento crucial en la historia de la ciencia física y abrió el camino a aplicaciones criotecnológicas de gran importancia científica y comercial.
La bomba de mano que formaba parte del aparato original utilizado por Joule y Thomson en 1852 ahora se encuentra en la colección del Museo de Ciencia e Industria en Manchester.
El afortunado encuentro de contribuciones e ideas científicas generó una cascada de desarrollos en el campo de la liquefacción de gases. El trabajo de Thomas Andrews sobre la temperatura crítica y la realización de que los gases podrían ser liquefechos si se enfriaban por debajo de sus temperaturas críticas sentó las bases para avances adicionales.
El efecto Joule-Thomson, descubierto por James Joule y William Thomson, proporcionó el principio de enfriamiento crucial necesario para alcanzar temperaturas más bajas.
Para más información Louis Paul Cailletet: The liquefaction of oxygen and the emergence of low-temperature research
Como citar este artículo:
APA: (2024-07-18). 1. Primeros gases líquidos. Recuperado de https://quimicafacil.net/h_licuefaccion/1-primeros-gases-liquidos/
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Vancouver: . 1. Primeros gases líquidos. [Internet]. 2024-07-18 [citado 2025-06-14]. Disponible en: https://quimicafacil.net/h_licuefaccion/1-primeros-gases-liquidos/.
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