¿Cómo se determinan y comprueban los puntos de ebullición del tungsteno y otros metales?

Question

El punto de ebullición del tungsteno es de 10,030 grados Fahrenheit. ¿Cómo se determinó y demostró esto? Y de manera más general, ¿cómo se determinan y demuestran los puntos de ebullición de los metales?

¿Realmente es tan simple como "calentarlo lo más posible y ver si (y a qué temperatura) se evapora"?

Siento que hay un proceso más sofisticado, pero no puedo adivinar en qué podría consistir, especialmente si el punto de ebullición se determinó hace años y años (¿más de 100?).

Internet es realmente bueno para decirme el punto de ebullición de muchos (o todos, no lo he comprobado exhaustivamente) elementos y aleaciones, desafortunadamente parece que no es muy bueno para decirme cómo se determinaron estas temperaturas aparentemente arbitrarias.

Answer 1

Según el artículo de 1913 LA PRESIÓN DE VAPOR DEL TUNGSTENO METÁLICO, The Physical Review, vol. II, pp. 329-342:

La presión de vapor (p) de una sustancia pura está relacionada con su tasa de evaporación (m) en un vacío por la siguiente relación:

$$ m= \sqrt{\frac{M}{2\pi RT}}p$$

Las tasas de evaporación fueron medidas a temperaturas en el rango de 2400K a 3100K, calentando por resistencia eléctrica de un filamento, y determinando la tasa de evaporación pesando el filamento antes y después de la evaporación.

La temperatura fue determinada observando el color e intensidad de la luz emitida por el filamento. (El artículo menciona que publicarán un artículo separado sobre los detalles de la técnica de determinación de la temperatura).

La presión de vapor fue extrapolada a un punto de ebullición de 5110 K usando la relación de Clausius-Clapeyron.

Answer 2

Ciertamente no se puede medir > 6000 K (Kelvin estoy utilizando unidades del SI aquí) con un termopar porque la sonda se evaporaría instantáneamente. Sin embargo, se puede utilizar el espectro de radiación electromagnética para medir la temperatura del elemento. El espectro de radiación de un radiador de cuerpo negro está muy bien entendido y se puede medir utilizando un espectrofotómetro. Una vez que tenga el espectro de radiación, puede utilizar Ley de Planck de radiación del cuerpo negro para calcular la temperatura.

Lo que necesita tener cuidado entonces es de que funda/evapore el elemento de interés y no el recipiente y de que no queme el elemento en lugar de vaporizarlo. En el caso del tungsteno, esto se puede lograr en una configuración similar a una lámpara de xenón. Una lámpara de xenón no es más que un recipiente de vidrio lleno de gas xenón inerte en el que se suspende un alambre de tungsteno y se conecta eléctricamente. Al medir cuidadosamente el espectro electromagnético mientras se aumenta la tensión hasta que el alambre de tungsteno se funda, debería poder medir la temperatura de fusión. No estoy seguro si esto también funciona para medir la temperatura de evaporación porque el alambre podría desconectarse de su fuente de alimentación una vez derretido (comúnmente referido como la lámpara quemándose). Puede ser posible dar forma al alambre de manera que no se desconecte de su fuente de alimentación mientras se derrite y que el calor se disipe lo suficientemente rápido en las conexiones eléctricas para evitar dañarlas. Alternativamente (con los medios técnicos actuales) se podría utilizar un láser para calentar el tungsteno hasta que se evapore.