El termómetro de mercurio o mercurio en vidrio 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 en 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 estrecho con el orificio se llama vástago . Grabada en el tallo o en una placa cuidadosamente alineada al lado hay una escala de temperatura graduada . Las temperaturas más bajas se encuentran cerca del bulbo y las temperaturas más altas cerca de la parte superior del tallo. El espacio encima del mercurio puede estar lleno de gas nitrógeno o puede estar a una presión inferior a la atmosférica , un vacío parcial . [1]
A medida que cambia la temperatura del entorno circundante, el mercurio se expande y contrae térmicamente, lo que hace que salga o entre en el depósito y, al mismo tiempo, suba o baje a través del orificio. Aunque los cambios en el volumen del mercurio son leves alrededor de 0,018 % por cada grado Celsius [2] ), el pequeño volumen del orificio en comparación con el volumen de la bombilla 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 de temperatura precisas.
Para calibrar el termómetro, se hace que el bulbo alcance el equilibrio térmico con un estándar de temperatura como una mezcla de hielo/agua, y luego con otro estándar como agua/vapor, y el tubo se divide en intervalos regulares entre los puntos fijos. . En principio, se podría esperar que los termómetros hechos de diferentes materiales (por ejemplo, termómetros de alcohol de colores) den diferentes lecturas intermedias 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 primer uso documentado de 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 tan bien a los cambios de temperatura como los espíritus. [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 derritiéndose 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 fue utilizar 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 del agua hirviendo en vapor de agua (cuando esto se hace con alta precisión, se verá una variación con la presión atmosférica; Celsius tomó nota de esto). 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 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 a 0 °C (32 °F) y el punto de ebullición a 100 °C (212 °F). [6] Lo llamó centígrado (100 pasos).
Finalmente, Celsius propuso un método para calibrar un termómetro:
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 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. 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 suelen calibrarse utilizando el punto triple del agua en lugar del punto de congelación; el punto triple se produce a 273,16 kelvin (K), 0,01 °C.
Un tipo especial de termómetro de mercurio en vidrio, llamado termómetro de máxima, funciona teniendo una constricción en el cuello cerca del bulbo. A medida que aumenta la temperatura, la fuerza de expansión empuja el mercurio hacia arriba a través de la constricción. Cuando la temperatura baja, la columna de mercurio se rompe por 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 hay que girarlo bruscamente. Este diseño se utiliza en el tipo tradicional de termómetro médico .
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 forma de indicar la posición de una columna de alcohol cuya expansión indica la temperatura; no es un termómetro accionado por la expansión del mercurio; Hay versiones sin mercurio disponibles.
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 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 la sustitución del vidrio Pyrex por cuarzo fundido permite ampliar el rango de temperatura superior a 800 °C (1470 °F).
El mercurio no se puede utilizar por debajo de la temperatura a la que se vuelve sólido , −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 no se pueda utilizar 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- talio que no se solidifique hasta que la temperatura descienda a -61,1 °C (-78,0 °F).
A partir de 2012 , en meteorología[actualizar] se utilizan muchos termómetros de mercurio en vidrio ; sin embargo, se están volviendo cada vez 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 sustituto 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] Tragar esta cantidad de mercurio representaría poco peligro, pero la inhalación del vapor podría provocar problemas de salud. [9]
En febrero de 2009, el Ministerio de Salud argentino dispuso mediante resolución 139/09 que todos los centros de salud y hospitales adquirieran termómetros y tensiómetros sin mercurio y llamó a odontólogos , técnicos médicos y especialistas en salud ambiental a comenzar a eliminar esta toxina. [11] A partir de 2020 [actualizar], los termómetros de mercurio todavía estaban a la venta al público en las farmacias .
Hubo una acción voluntaria de devolución de termómetros que contienen mercurio basada en el Plan Federal de Gestión de Residuos de 2006, y llevada a cabo en estrecha colaboración entre la Cámara Austriaca de Farmacéuticos (Österreichische Apothekerkammer), el Ministerio Federal de Medio Ambiente, un eliminador de residuos privado, una productor de termómetros electrónicos y distribuidor farmacéutico. La empresa de eliminación suministró a cada farmacia (aproximadamente 1.200) un contenedor de recogida y cubrió el coste de la eliminación. El distribuidor farmacéutico cubrió los costos logísticos para la distribución de los termómetros. Las farmacias aceptaron un reembolso de sólo 0,50 euros por termómetro de manipulación (lo 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 costes directos) y publicitó el proyecto. Durante el período 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 unos 465.000 termómetros electrónicos y se recogieron alrededor de un millón de termómetros de mercurio (que en conjunto contenían alrededor de 1 tonelada de mercurio). [12]
Según la Orden Administrativa 2008-0221 del Departamento de Salud de Filipinas , todos los equipos con mercurio de los hospitales, incluidos los termómetros de mercurio en vidrio, debían ser eliminados gradualmente en Filipinas el 28 de septiembre de 2010. Incluso antes de que se publicara la orden, 50 Los hospitales ya habían prohibido el 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 Riñón y Trasplantes , 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 y en su lugar utilizó termómetros digitales sin mercurio. [13] [14]
Desde que la directiva 2007/51/CE de la Unión Europea entró en vigor el 3 de abril de 2009, la Agencia de Protección de la Salud del Reino Unido (HPA) informó que los termómetros de mercurio ya no podían venderse al público en general. Las tiendas que tenían existencias de termómetros no vendidos tuvieron que retirarlos de la venta; Los termómetros de mercurio adquiridos antes de esta fecha podrían utilizarse sin implicaciones legales. El propósito de estas restricciones es proteger el medio ambiente y la salud pública disminuyendo la cantidad de desechos de mercurio liberados. [15] La HPA había publicado en 2007 una guía para hacer frente a pequeños derrames de mercurio. [dieciséis]
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 Estados Unidos, tanto la Academia Estadounidense de Pediatría [18] como la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos [19] recomiendan el uso de termómetros alternativos en el hogar. [18]
1743 Jean-Pierre Christin invierte los puntos fijos de la escala Celsius para producir la escala utilizada actualmente.
* termómetros orales/rectales/para bebés, que contienen aproximadamente 0,61 gramos de mercurio; y
* termómetros de temperatura basal, que contienen alrededor de 2,25 gramos de mercurio.