¿Cómo se determinan y prueban 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 probó esto? Y en general, ¿cómo se determinan y prueban 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 realmente no puedo adivinar en qué podría consistir, especialmente si el punto de ebullición se determinó hace años y años (¿más de 100?) atrás.

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

Answer 1

Según el artículo de 1913 THE VAPOR PRESSURE OF METALLIC TUNGSTEN de 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 se midieron a temperaturas en el rango de 2400K a 3100K, calentando mediante resistencia eléctrica de un filamento y determinando la tasa de evaporación pesando el filamento antes y después de la evaporación.

La temperatura se determinó 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 se extrapoló a un punto de ebullición de 5110 K utilizando la relación de Clausius-Clapeyron.

Answer 2

Ciertamente no se puede medir >6000 K (Kelvin estoy usando unidades del SI aquí) usando un termopar porque la sonda se evaporaría instantáneamente. Sin embargo, se puede usar 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 usando un espectrofotómetro. Una vez que tengas el espectro de radiación, puedes usar la ley de Planck de la radiación de cuerpo negro para calcular la temperatura.

Lo que necesitas tener en cuenta es que debes derretir/evaporar el elemento de interés y no el contenedor, y que no debes quemar 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 contenedor de vidrio lleno de gas xenón inerte en el que se suspende y se conecta eléctricamente un alambre de tungsteno. Al medir cuidadosamente el espectro electromagnético mientras se aumenta el voltaje hasta que el alambre de tungsteno se derrite, deberías poder medir la temperatura de fusión. No estoy seguro de si esto también funciona para medir la temperatura de evaporación porque el alambre podría desconectarse de tu fuente de energía una vez fundido (comúnmente se refiere a esto como la lámpara quemada). Podría ser posible darle forma al alambre de manera que no se desconecte de tu fuente de energía mientras se derrite y que el calor se disipe lo suficientemente rápido en las conexiones eléctricas para evitar dañarlas. Alternativamente (con los medios técnicos de hoy en día) se podría usar un láser para calentar el tungsteno hasta que se evapore.