Что происходит с воздухом в вакуме?

Answer 1

Все молекулы газа (воздуха) имеют достаточно большую скорость. Они просто разлетятся во все стороны. Т. е. рассеятся.
На Земле им вверх не даёт улететь притяжение Земли.

Answer 2

Он расширяется без совершения работы (молекулы разбегаются) .

Ну и дальше возникает вопрос - охлаждается ли.
Дальше я не спец. КМК, тут есть два варианта: вакум в сосуде/банке и вакум, банкой не ограниченный, например, в космосе.
В банке среднюю кинетическую энергию молекул придется считать в ИСО банки, а в космосе - наверное, выбирать локальную ИСО, привязанную к небольшой порции газа, а эти порции улепетывают друг от дружки. По иде, в банке газ не охладается, а в космосе - охлаждается. В космосе какая-то конкретно неравновесная термодинамика вылезет, наверное.

Вы лучше физиков спросите.