Termómetro de mercurio en vidrio

El termómetro de mercurio, o termómetro de 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 tubular, elaborada con precisión, que envuelve un depósito lleno de mercurio conectado a un canal extremadamente delgado, llamado capilar , que proporciona una cámara donde el mercurio del depósito puede expandirse. El extremo más corto y abultado del tubo que contiene el depósito se llama bulbo , y el extremo más largo y estrecho con el capilar se llama vástago . Grabada en el vástago o en una placa cuidadosamente alineada junto a él, hay una escala de temperatura graduada . Las temperaturas más bajas se encuentran cerca del bulbo y las más altas cerca de la parte superior del vástago. El espacio sobre el mercurio puede estar lleno de gas nitrógeno o a una presión inferior a la atmosférica , un vacío parcial . ^{[ 1 ]}

A medida que cambia la temperatura del entorno, el mercurio se expande y contrae térmicamente, lo que provoca que entre o salga del depósito y, al mismo tiempo, suba o baje a través del orificio. Aunque las variaciones en el volumen del mercurio son leves —aproximadamente un 0,018 % por cada grado Celsius ^{[ 2 ]} —, el pequeño volumen del orificio en comparación con el del bulbo amplifica visualmente el cambio. Esta característica de diseño permite observar claramente el movimiento del mercurio a lo largo de la escala, lo que posibilita lecturas de temperatura precisas.

Para calibrar el termómetro, se hace que el bulbo alcance el equilibrio térmico con un patrón de temperatura, como una mezcla de hielo y agua, y luego con otro patrón, como agua y vapor. El tubo se divide en intervalos regulares entre los puntos fijos. En principio, cabría esperar que los termómetros fabricados con materiales diferentes (por ejemplo, termómetros de alcohol de colores ) dieran lecturas intermedias distintas debido a sus diferentes propiedades de dilatación; sin embargo, en la práctica, las sustancias utilizadas se eligen de manera que presenten características de dilatación razonablemente lineales en función de la temperatura termodinámica , lo que da como resultado valores similares.

El primer uso documentado de mercurio en algún tipo de termómetro data de la década de 1620, cuando Athanasius Kircher , un erudito jesuita, utilizó mercurio líquido para su termómetro de aire, precursor de los termómetros de vidrio. ^{[ 3 ] : 23} Posteriormente, en la década de 1650, se realizaron experimentos fallidos para determinar si el mercurio podría ser un sustituto superior de los alcoholes en un termómetro de vidrio cerrado. En 1659, el astrónomo Ismael Boulliau abandonó el uso del mercurio al determinar que no era tan sensible a los cambios de temperatura como los alcoholes. ^{[ 3 ] : 36–38}

En 1713, Daniel Gabriel Fahrenheit comenzó a experimentar con termómetros de mercurio. Para 1717, ya los fabricaba comercialmente. ^{[ 3 ] : 79} La superioridad de sus termómetros de mercurio sobre los termómetros 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 de fusión del hielo y la de ebullición del agua, ambas bajo la presión atmosférica estándar . Esta no era una idea nueva, ya que Isaac Newton ya trabajaba en algo similar. La particularidad de Celsius radicaba en utilizar la condición de fusión y no la de congelación. Los experimentos para lograr una buena calibración de su termómetro duraron dos inviernos. Al repetir 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 con respecto al vapor de agua (cuando esto se realiza con alta precisión, se observa una variación con la presión atmosférica; Celsius lo notó). En el momento en que retiró el termómetro del vapor, el nivel de mercurio subió ligeramente. Esto se debió al rápido enfriamiento (y contracción) del vidrio.

Cuando Celsius decidió usar su propia escala de temperatura, originalmente la definió "al revés", es decir, eligió establecer 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 centígrado (100 pasos).    

Finalmente, Celsius propuso un método para calibrar un termómetro:

1. Coloca el cilindro del termómetro en hielo derretido hecho con agua pura y marca el punto donde el líquido en el termómetro se estabiliza. Este punto es el punto de congelación/descongelación del agua.
2. Del mismo modo, marque 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 utilizaban un líquido distinto del mercurio también arrojaban lecturas de temperatura ligeramente diferentes. En la práctica, estas variaciones eran muy leves y se mantenían cerca de 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 a menudo se calibran 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 máximo, funciona mediante una constricción en el cuello, cerca del bulbo. A medida que la temperatura aumenta, el mercurio asciende a través de la constricción debido a la expansión. Cuando la temperatura desciende, la columna de mercurio se rompe en la constricción y no puede regresar al bulbo, por lo que permanece inmóvil en el tubo. El observador puede entonces leer la temperatura máxima registrada durante el período de tiempo establecido. Para reiniciar el termómetro, es necesario agitarlo bruscamente. Este diseño se utiliza en el termómetro médico tradicional .

Un termómetro de máxima y mínima, también conocido como termómetro de Six , es un termómetro que registra las temperaturas máxima y mínima alcanzadas durante un período de tiempo, generalmente 24 horas. El diseño original contiene mercurio, pero únicamente para 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 abarcan un amplio rango de temperaturas, desde -37 a 356 °C (-35 a 673 °F) ; el rango superior de temperatura 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, combinado con la sustitución del vidrio Pyrex por cuarzo fundido , permite extender el rango superior de temperatura hasta 800 °C (1470 °F) .    

El mercurio no se puede utilizar por debajo de la temperatura a la que se solidifica , −38,83 °C (−37,89 °F) . Si el termómetro contiene nitrógeno, el gas puede descender por la columna cuando el mercurio se solidifica y quedar atrapado allí cuando la temperatura sube, lo que inutiliza el termómetro 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 guarden en el 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 solidifique hasta que la temperatura descienda a -61,1 °C (-78,0 °F) .  

A partir de 2026Muchos termómetros de mercurio en vidrio se utilizan 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 , o carbonato de propileno , ^{[ 7 ]} como sustituto del mercurio.

El termómetro típico para medir la fiebre contiene entre 0,5 y 3 g (0,28 y 1,69 dracmas ) de mercurio elemental. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Ingerir esta cantidad de mercurio supondría poco peligro, pero inhalar el vapor podría provocar problemas de salud. ^{[ 10 ]} 

Lista de países con regulaciones o recomendaciones sobre termómetros de mercurio.

Argentina

En febrero de 2009, el Ministerio de Salud argentino instruyó mediante la resolución 139/09 que todos los centros de salud y hospitales debían comprar termómetros y tensiómetros libres de mercurio y exhortó a dentistas , técnicos médicos y especialistas en salud ambiental a comenzar a eliminar esta toxina. ^{[ 12 ]} A partir de 2020Los termómetros de mercurio todavía se vendían al público en las farmacias .

Austria

Se llevó a cabo una campaña voluntaria de recogida de termómetros de mercurio, en el marco del Plan Federal de Gestión de Residuos de 2006, en estrecha colaboración entre la Cámara Austriaca de Farmacéuticos (Österreichische Apothekerkammer), el Ministerio Federal de Medio Ambiente , una empresa privada de gestión de residuos, un fabricante de termómetros electrónicos y un distribuidor farmacéutico. La empresa de gestión de residuos proporcionó a cada farmacia (aproximadamente 1200) un contenedor de recogida y cubrió los gastos de eliminación. El distribuidor farmacéutico se hizo cargo de los gastos logísticos de la distribución de los termómetros. Las farmacias solo recibieron un reembolso de 0,50 euros por termómetro en concepto de gastos de gestión (muy por debajo de su margen habitual). El proveedor ofreció los termómetros a precio reducido. El Ministerio Federal subvencionó la venta de cada termómetro (cubriendo aproximadamente el 30 % de los costes directos) y promocionó el proyecto. Durante el periodo de recogida, los consumidores podían entregar un termómetro de mercurio y adquirir un termómetro electrónico a un precio subvencionado de 1 euro. Entre octubre de 2007 y enero de 2008, se vendieron aproximadamente 465.000 termómetros electrónicos y se recogieron alrededor de un millón de termómetros de mercurio (que en conjunto contenían aproximadamente 1 tonelada de mercurio). ^{[ 13 ]}

Filipinas

Mediante la Orden Administrativa 2008-0221 del Departamento de Salud de Filipinas , se dispuso la eliminación gradual de todos los equipos de mercurio de los hospitales, incluidos los termómetros de mercurio en vidrio, en Filipinas antes del 28 de septiembre de 2010. Incluso antes de la publicación de la orden, 50 hospitales ya habían prohibido el mercurio en sus instalaciones. Entre estos cincuenta hospitales, el Philippine Heart Center fue el primero en hacerlo. El Hospital San Juan de Dios , el Philippine Children's Medical Center , el Hospital San Lázaro , el Ospital ng Muntinlupa , el Lung Center of the Philippines , el National Kidney and Transplant Institute , el Manila Adventist Medical Center y el Hospital Las Piñas también tomaron medidas para prohibir el químico tóxico. El país fue el primero en tomar una medida para prohibir el mercurio en su sistema de atención médica en el sudeste asiático y en su lugar utilizaron termómetros digitales sin mercurio. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

Reino Unido

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 sin vender tuvieron que retirarlos de la venta; los termómetros de mercurio comprados antes de esta fecha podían utilizarse sin implicaciones legales. El propósito de estas restricciones es proteger el medio ambiente y la salud pública al disminuir la cantidad de residuos de mercurio liberados. ^{[ 16 ]} La HPA había publicado, en 2007, una guía para el manejo de pequeños derrames de mercurio. ^{[ 17 ]}

A pesar de la eliminación gradual de los termómetros de mercurio en el Reino Unido, los medios británicos siguen refiriéndose a las mediciones de temperatura , especialmente para los pronósticos meteorológicos , como "el mercurio". ^{[ 18 ]}

Estados Unidos

En Estados Unidos, tanto la Academia Estadounidense de Pediatría ^{[ 19 ]} como la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos ^{[ 20 ]} recomiendan que se utilicen termómetros alternativos en el hogar. ^{[ 19 ]}

• Sonda de mercurio , un dispositivo de sondeo eléctrico para tomar muestras para caracterización eléctrica.
• Interruptor de mercurio , un interruptor de encendido/apagado de un circuito eléctrico que utiliza el elemento mercurio.
• Conmutador giratorio de mercurio , un interruptor inversor de corriente para circuitos eléctricos que utiliza el elemento mercurio.
• Turbina de vapor de mercurio , un motor rotativo para producir electricidad a partir de vapor de mercurio.