Termómetro de mercurio en vidrio

El termómetro de mercurio en vidrio o de mercurio es un termómetro que utiliza la expansión y contracción térmica del mercurio líquido para indicar la temperatura .

Un termómetro de mercurio básico es una pieza de vidrio con forma de tubo elaborada con precisión que envuelve un depósito lleno de mercurio conectado a un canal extremadamente delgado, llamado orificio capilar , que proporciona una cámara en la que el mercurio del depósito puede expandirse. El extremo más corto y bulboso del tubo que contiene el depósito se llama bulbo y el extremo más largo y angosto con el orificio se llama vástago . Grabado en el vástago o en una placa cuidadosamente alineada junto a él hay una escala de temperatura graduada . Las temperaturas más bajas están cerca del bulbo y las temperaturas más altas cerca de la parte superior del vástago. El espacio sobre el mercurio puede estar lleno de gas nitrógeno o puede estar a una presión menor que la atmosférica , un vacío parcial . ^[1]

A medida que cambia la temperatura del entorno, el mercurio se expande y contrae térmicamente, lo que hace que se mueva hacia adentro o hacia afuera del depósito y, al mismo tiempo, suba o baje a través del orificio. Aunque los cambios en el volumen del mercurio son leves ( alrededor del 0,018 % por cada grado Celsius ^[2] ),  el pequeño volumen del orificio en comparación con el volumen del bulbo amplifica visualmente el cambio. Esta característica de diseño da como resultado un movimiento claramente visible del mercurio hacia arriba o hacia abajo en la escala, lo que permite lecturas precisas de la temperatura.

Para calibrar el termómetro, se hace que el bulbo alcance el equilibrio térmico con un estándar de temperatura, como una mezcla de hielo y agua, y luego con otro estándar, como agua y vapor, y se divide el tubo en intervalos regulares entre los puntos fijos. En principio, se podría esperar que los termómetros hechos de diferentes materiales (por ejemplo, los termómetros de alcohol coloreados ) dieran lecturas intermedias diferentes debido a diferentes propiedades de expansión; en la práctica, las sustancias utilizadas se eligen para que tengan características de expansión razonablemente lineales en función de la temperatura termodinámica y, por lo tanto, den resultados similares.

El uso documentado más antiguo del mercurio en un termómetro se remonta quizás a la década de 1620, cuando el erudito jesuita Athanasius Kircher utilizó mercurio para su termómetro de aire, el precursor de los termómetros de vidrio. ^{[3] : 23} Más tarde, en la década de 1650, se realizaron experimentos fallidos para determinar si el mercurio podría ser un sustituto superior de las bebidas espirituosas en un termómetro de vidrio cerrado. En 1659, el astrónomo Ismael Boulliau abandonó el uso del mercurio cuando determinó que no respondía tanto a los cambios de temperatura como las bebidas espirituosas. ^{[3] : 36–38}

En 1713, Daniel Gabriel Fahrenheit comenzó a experimentar con termómetros de mercurio. En 1717, ya los fabricaba comercialmente. ^{[3] : 79} La superioridad de sus termómetros de mercurio sobre los termómetros a base de alcohol los hizo muy populares, lo que llevó a la adopción generalizada de su escala Fahrenheit, el sistema de medición que desarrolló y utilizó para sus termómetros. ^[4]

Anders Celsius , un científico sueco, ideó la escala Celsius, que fue descrita en su publicación El origen de la escala de temperatura Celsius en 1742.

Para definir su escala, Celsius utilizó dos puntos de temperatura fijos: la temperatura del hielo derretido y la temperatura del agua hirviendo, ambas bajo la presión atmosférica de la atmósfera estándar . Esta no era una idea nueva, ya que Isaac Newton ya estaba trabajando en algo similar. La distinción de Celsius era utilizar la condición de fusión y no la de congelación. Los experimentos para alcanzar una buena calibración de su termómetro duraron dos inviernos. Al realizar el mismo experimento una y otra vez, descubrió que el hielo siempre se derretía en la misma marca de calibración del termómetro. Encontró un punto fijo similar en la calibración del agua hirviendo al vapor de agua (cuando esto se hace con alta precisión, se verá una variación con la presión atmosférica; Celsius notó esto). En el momento en que retiró el termómetro del vapor, el nivel de mercurio subió ligeramente. Esto estaba relacionado con el rápido enfriamiento (y contracción) del vidrio.

Cuando Celsius decidió utilizar su propia escala de temperatura, originalmente definió su escala "al revés", es decir, eligió fijar el punto de ebullición del agua pura en 0 °C (212 °F) y el punto de congelación en 100 °C (32 °F). ^[5] Un año después, el francés Jean-Pierre Christin propuso invertir la escala con el punto de congelación en 0 °C (32 °F) y el punto de ebullición en 100 °C (212 °F). ^[6] La llamó centígrada (100 pasos).

Finalmente, Celsius propuso un método para calibrar un termómetro:

1. Coloque el cilindro del termómetro en hielo derretido hecho de agua pura y marque el punto donde el líquido en el termómetro se estabiliza. Este punto es el punto de congelación/descongelación del agua.
2. De la misma manera, marque el punto donde el líquido se estabiliza cuando el termómetro se coloca en vapor de agua hirviendo.
3. Divide la longitud entre las dos marcas en 100 partes iguales.

Estos puntos son adecuados para una calibración aproximada, pero tanto el punto de congelación como el de ebullición del agua varían con la presión atmosférica. Los termómetros posteriores que utilizaban un líquido distinto del mercurio también dieron lecturas de temperatura ligeramente diferentes. En la práctica, estas variaciones eran muy leves y se mantenían cerca de la temperatura termodinámica, una vez que se descubrió esta última. Estas cuestiones se exploraron experimentalmente con el termómetro de gas . Hasta el descubrimiento de la verdadera temperatura termodinámica, el termómetro de mercurio solía definir la temperatura.

Los termómetros modernos a menudo se calibran utilizando el punto triple del agua en lugar del punto de congelación; el punto triple ocurre a 273,16 kelvin (K), 0,01 °C.

Un tipo especial de termómetro de mercurio en vidrio, llamado termómetro de máxima, funciona con una constricción en el cuello cerca del bulbo. A medida que aumenta la temperatura, el mercurio es empujado hacia arriba a través de la constricción por la fuerza de expansión. Cuando la temperatura baja, la columna de mercurio se rompe en la constricción y no puede regresar al bulbo, por lo que permanece estacionaria en el tubo. El observador puede entonces leer la temperatura máxima durante el período de tiempo establecido. Para restablecer el termómetro, se debe girar bruscamente. Este diseño se utiliza en el tipo tradicional de termómetro médico .

Un termómetro de máxima y mínima, también conocido como termómetro de Six , es un termómetro que registra las temperaturas máximas y mínimas alcanzadas durante un período de tiempo, normalmente 24 horas. El diseño original contiene mercurio, pero únicamente como forma de indicar la posición de una columna de alcohol cuya expansión indica la temperatura; no es un termómetro que funcione mediante la expansión del mercurio; existen versiones sin mercurio.

Los termómetros de mercurio cubren un amplio rango de temperaturas, desde -37 a 356 °C (-35 a 673 °F); el rango superior de temperatura del instrumento se puede ampliar mediante la introducción de un gas inerte como el nitrógeno. Esta introducción de un gas inerte aumenta la presión sobre el mercurio líquido y, por lo tanto, aumenta su punto de ebullición; esto, en combinación con el reemplazo del vidrio Pyrex por cuarzo fundido, permite ampliar el rango superior de temperatura a 800 °C (1470 °F).

El mercurio no se puede utilizar a una temperatura inferior a la que se solidifica , −38,83 °C (−37,89 °F). Si el termómetro contiene nitrógeno, el gas puede fluir hacia la columna cuando el mercurio se solidifica y quedar atrapado allí cuando la temperatura aumenta, lo que hace que el termómetro quede inutilizable hasta que se devuelva a la fábrica para su reacondicionamiento. Para evitar esto, algunos servicios meteorológicos exigen que todos los termómetros de mercurio en vidrio se lleven al interior cuando la temperatura desciende a −37 °C (−35 °F).

Para medir temperaturas meteorológicas más bajas, se puede utilizar un termómetro que contenga una aleación de mercurio y talio que no se solidifica hasta que la temperatura desciende a -61,1 °C (-78,0 °F).

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A partir de 2012 ^[update], se utilizan muchos termómetros de mercurio en vidrio en meteorología ; sin embargo, cada vez son más raros para otros usos, ya que muchos países los prohibieron para uso médico debido a la toxicidad del mercurio . Algunos fabricantes utilizan galinstan , una aleación líquida de galio , indio y estaño , como reemplazo del mercurio.

El típico "termómetro para la fiebre" contiene entre 0,5 y 3 g (0,28 y 1,69 dracmas ) de mercurio elemental. ^{[7] [8]} La ingestión de esta cantidad de mercurio no entrañaría demasiado peligro, pero la inhalación del vapor podría provocar problemas de salud. ^[9]

En febrero de 2009, el Ministerio de Salud de Argentina instruyó mediante la resolución 139/09 que todos los centros de salud y hospitales debían comprar termómetros y tensiómetros libres de mercurio y llamó a los dentistas , técnicos médicos y especialistas en salud ambiental a comenzar a eliminar este toxino. ^[11] En 2020 ^[update], los termómetros de mercurio todavía estaban a la venta al público en las farmacias .

En el marco del Plan Federal de Gestión de Residuos de 2006, se llevó a cabo una acción de recogida voluntaria de termómetros que contenían mercurio, en la que colaboraron la Cámara de Farmacéuticos de Austria (Österreichische Apothekerkammer), el Ministerio Federal de Medio Ambiente, un gestor privado de residuos, un fabricante de termómetros electrónicos y un distribuidor farmacéutico. La empresa de recogida de residuos suministró a cada farmacia (unas 1.200) un contenedor de recogida y se hizo cargo de los costes de eliminación. El distribuidor farmacéutico se hizo cargo de los costes logísticos de distribución de los termómetros. Las farmacias aceptaron un reembolso de tan sólo 0,50 euros por cada termómetro por su manipulación (lo que está muy por debajo de su margen normal). El proveedor suministró los termómetros a un precio reducido. El Ministerio Federal apoyó cada termómetro vendido (cubriendo aproximadamente el 30% de los costes directos) y promocionó el proyecto. Durante el periodo de recogida, los consumidores podían traer un termómetro de mercurio y comprar un termómetro electrónico por un precio subvencionado de 1 euro. Entre octubre de 2007 y enero de 2008, se vendieron alrededor de 465.000 termómetros electrónicos y se recogieron alrededor de un millón de termómetros de mercurio (que en conjunto contienen alrededor de una tonelada de mercurio). ^[12]

Según la Orden Administrativa 2008-0221 del Departamento de Salud de Filipinas , todos los equipos de mercurio de los hospitales, incluidos los termómetros de mercurio en vidrio, debían eliminarse gradualmente en Filipinas antes del 28 de septiembre de 2010. Incluso antes de que se emitiera la orden, 50 hospitales ya habían prohibido el mercurio en sus establecimientos. Entre estos cincuenta hospitales, el Centro Cardíaco de Filipinas fue el primero en hacerlo. El Hospital San Juan de Dios , el Centro Médico Infantil de Filipinas , el Hospital San Lázaro , el Hospital ng Muntinlupa , el Centro Pulmonar de Filipinas , el Instituto Nacional de Riñón y Trasplante , el Centro Médico Adventista de Manila y el Hospital Las Piñas también tomaron medidas para prohibir el químico tóxico. El país fue el primero en tomar medidas para prohibir el mercurio de su sistema de atención médica en el sudeste asiático y en su lugar utilizaron termómetros digitales sin mercurio. ^{[13] [14]}

Desde que el 3 de abril de 2009 entró en vigor la Directiva 2007/51/CE de la Unión Europea , la Agencia de Protección de la Salud del Reino Unido (HPA) informó de que los termómetros de mercurio ya no podían venderse al público en general. Las tiendas que tenían existencias de termómetros sin vender tuvieron que retirarlos de la venta; los termómetros de mercurio adquiridos antes de esa fecha podían utilizarse sin consecuencias legales. El objetivo de estas restricciones es proteger el medio ambiente y la salud pública reduciendo la cantidad de residuos de mercurio liberados. ^[15] En 2007, la HPA publicó una guía para tratar los pequeños derrames de mercurio. ^[16]

A pesar de la eliminación progresiva de los termómetros de mercurio en el Reino Unido, los medios británicos siguen refiriéndose a las mediciones de temperatura , especialmente para las previsiones meteorológicas , como "el mercurio". ^[17]

En los Estados Unidos, tanto la Academia Estadounidense de Pediatría ^[18] como la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ^[19] recomiendan que se utilicen termómetros alternativos en el hogar. ^[18]

• Sonda de mercurio , un dispositivo de sondeo eléctrico para tomar muestras con fines de caracterización eléctrica.
• Interruptor de mercurio , un circuito eléctrico, interruptor de encendido y apagado que utiliza el elemento mercurio.
• Conmutador giratorio de mercurio , un circuito eléctrico, interruptor de inversión de corriente que utiliza el elemento mercurio
• Turbina de vapor de mercurio , un motor rotatorio para producir electricidad a partir de vapor de mercurio.