Termómetro de mercurio en vidrio

Termómetro de mercurio en vidrio para la medición de la temperatura ambiente.

El mercurio en vidrio o termómetro de mercurio fue inventado por el físico Daniel Gabriel Fahrenheit en Amsterdam (1714). Consiste en un bulbo que contiene mercurio unido a un tubo de vidrio de diámetro estrecho; el volumen de mercurio en el tubo es mucho menor que el volumen en el bulbo. El volumen de mercurio cambia ligeramente con la temperatura; el pequeño cambio en el volumen impulsa la estrecha columna de mercurio un camino relativamente largo hacia arriba del tubo. El espacio sobre el mercurio puede estar lleno de gas nitrógeno o puede estar a menos de la presión atmosférica, un vacío parcial.

Para calibrar el termómetro, se hace que el bulbo alcance el equilibrio térmico con un estándar de temperatura como una mezcla de agua y hielo, y luego con otro estándar como agua/vapor, y se divide el tubo en intervalos regulares entre los puntos fijos. En principio, se puede esperar que los termómetros hechos de diferentes materiales (por ejemplo, termómetros de alcohol coloreados) den lecturas intermedias diferentes debido a las 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 así dan resultados similares.

Historia

Un gran mercurio en el termómetro de vidrio.

El termómetro fue utilizado por los creadores de las escalas Fahrenheit y Celsius.

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

Para definir su escala Celsius utilizó dos puntos fijos de temperatura: la temperatura de fusión del hielo y la temperatura del agua hirviendo, ambos 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 usar la condición de fusión y no la de congelación. Los experimentos para lograr una buena calibración de su termómetro duraron 2 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 de agua hirviendo a vapor de agua (cuando esto se hace con alta precisión, se verá una variación con la presión atmosférica; Celsius lo notó). En el momento en que sacó el termómetro del vapor, el nivel de mercurio subió ligeramente. Esto estaba relacionado con el rápido enfriamiento (y contracción) del vidrio.

Cuando Celsius decidió usar su propia escala de temperatura, originalmente definió su escala 'al revés', es decir, eligió establecer el punto de ebullición del agua pura en 0 °C (212 °F) y el punto de congelación a 100 °C (32 °F). Un año después, el francés Jean-Pierre Christin propuso invertir la escala con el punto de congelación a 0 °C (32 °F) y el punto de ebullición a 100 °C (212 °F). Lo llamó centígrados (100 pasos).

Finalmente, Celsius propuso un método para calibrar un termómetro:

1. Coloque el cilindro del termómetro en hielo fundido hecho de agua pura y marque el punto donde el fluido en el termómetro se estabiliza. Este punto es el punto de congelación/lugar del agua.
2. De la misma manera marca el punto donde el fluido 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 usaban un líquido que no era mercurio también daban lecturas de temperatura ligeramente diferentes. En la práctica, estas variaciones fueron muy leves y se mantuvieron cercanas a la temperatura termodinámica, una vez descubierta esta última. Estos temas se exploraron experimentalmente con el termómetro de gas. Hasta el descubrimiento de la verdadera temperatura termodinámica, el termómetro de mercurio usualmente definía la temperatura.

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

Termómetro de máxima

Cierre de un termómetro máximo. La rotura en la columna de mercurio es visible.

Un termómetro máximo médico de mercurio en vidrio que muestra la temperatura de 38.7 °C (101.7 °F).

Un tipo especial de termómetro de mercurio en vidrio, llamado termómetro de máxima, funciona al tener 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 desciende, la columna de mercurio se rompe por la constricción y no puede volver 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, debe girarse bruscamente. Este diseño se utiliza en el tipo tradicional de termómetro médico.

Termómetro de máxima mínima

Un termómetro de máximas mínimas, también conocido como termómetro de seis, 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 una forma de indicar la posición de una columna de alcohol cuya expansión indica la temperatura; no es un termómetro operado por la expansión del mercurio; Hay versiones sin mercurio disponibles.

Propiedades físicas

Los termómetros de mercurio cubren un amplio rango de temperatura de −37 a 356 °C (−35 a 673 °F); el rango de temperatura superior del instrumento puede extenderse 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 con cuarzo fundido, permite que el rango de temperatura superior se extienda a 800 °C (1470 °F).

El mercurio no se puede usar por debajo de la temperatura 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 sube, inutilizando el termómetro hasta que se devuelva a la fábrica para su reacondicionamiento. Para evitar esto, algunos servicios meteorológicos requieren 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 usar un termómetro que contenga una aleación de mercurio y talio que no se solidifique hasta que la temperatura baje a -61,1 °C (-78,0 °F).

Retiro

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

El típico "termómetro de fiebre" contiene entre 0,5 y 3 g (0,28 y 1,69 dracmas) de mercurio elemental. Tragar esta cantidad de mercurio representaría poco peligro, pero la inhalación del vapor podría provocar problemas de salud.

Lista de países con normativa o recomendaciones sobre termómetros de mercurio

Mapa de los países de la Unión Europea que prohibieron los termómetros de mercurio en vidrio según la Directiva 2007/51/EC, de 22 de enero de 2013. Los países de color azul han hecho prohibiciones legales sobre el tema, los países grises son de estado desconocido en la actualidad, y los países en rojo son aquellos cuyo "Estado Miembro no considera las medidas de ejecución nacional necesarias".

Argentina

En febrero de 2009, el Ministerio de Salud de Argentina instruyó mediante resolución 139/09 que todos los centros de salud y hospitales debían adquirir termómetros y tensiómetros libres de mercurio y convocó a odontólogos, técnicos médicos y especialistas en salud ambiental a comenzar a eliminar esta toxina.. A partir de 2020, los termómetros de mercurio todavía estaban a la venta al público en las farmacias.

Austria

Hubo una acción voluntaria de devolución de termómetros que contenían mercurio basada en el Plan Federal de Gestión de Residuos de 2006, y se llevó a cabo en estrecha colaboración entre la Cámara de Farmacéuticos de Austria (Österreichische Apothekerkammer), el Ministerio Federal de Medio Ambiente, un triturador, productor de termómetros electrónicos y distribuidor farmacéutico. La empresa de eliminación suministró a cada farmacia (aproximadamente 1200) un contenedor de recolección y cubrió el costo de la eliminación. El distribuidor farmacéutico cubrió los costos logísticos para la distribución de los termómetros. Las farmacias aceptaron un reembolso de solo 0,50 euros por termómetro por manipulación (que está muy por debajo de su margen normal). El proveedor proporcionó los termómetros a un precio reducido. El Ministerio Federal apoyó cada termómetro vendido (cubriendo alrededor del 30% de los costos directos) y publicitó 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 recolectaron alrededor de un millón de termómetros de mercurio (que en conjunto contenían alrededor de 1 tonelada de mercurio).

Filipinas

De acuerdo con 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, se eliminarán en Filipinas el 28 de septiembre de 2010. Incluso antes de que se publicara la orden, 50 los hospitales ya han prohibido el uso de mercurio en sus establecimientos. Entre estos cincuenta hospitales, el Philippine Heart Center 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 Trasplantes y Riñón, 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 dar un paso para prohibir el mercurio en su sistema de atención médica en el sudeste asiático.

Reino Unido

Desde que la directiva de la Unión Europea 2007/51/EC entró en vigor el 3 de abril de 2009, la Agencia de Protección de la Salud (HPA) del Reino Unido informó 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 comprados antes de esta fecha podrían usarse sin implicaciones legales. El propósito de estas restricciones es proteger el medio ambiente y la salud pública al disminuir la cantidad de desechos de mercurio liberados. La HPA, en 2007, había publicado una guía para hacer frente a pequeños derrames de mercurio.

A pesar de la eliminación gradual de los termómetros de mercurio en el Reino Unido, los medios británicos continúan refiriéndose a las mediciones de temperatura, especialmente para los pronósticos meteorológicos, como "el mercurio".

Estados Unidos

En los Estados Unidos, tanto la Academia Estadounidense de Pediatría como la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos recomiendan que se usen termómetros alternativos en el hogar.