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MINISTERIO DE INDUSTRIA, TURISMO Y COMERCIO

ÁREA DE TEMPERATURA 2º INFORME DE SEGUIMIENTO DEL PROYECTO DE I+D+i nº 12

“Optimización del punto triple del mercurio para su uso como punto fijo en la Escala Internacional de Temperatura”

Corina Nicoleta Tabacaru Marzo de 2011

0.- Introducción Este informe corresponde a la segunda descripción y evaluación de resultados del proyecto financiado por el CEM “Optimización del punto triple del mercurio para su uso como punto fijo en la Escala Internacional de Temperatura”. El periodo analizado cubre desde octubre 2010 hasta principios de marzo 2011. El personal implicado en el proyecto es: - Las funciones de coordinación del proyecto las ha llevado a cabo Dolores del Campo Maldonado, Jefe de Área de Temperatura. - Carmen García Izquierdo, Jefe de Laboratorio - Corina Nicoleta Tabacaru: Titulado superior contratado con cargo al proyecto. - Elena Gómez Rubio: Titulado de grado medio contratado con cargo al proyecto. 1.- Descripción del trabajo realizado y resultados obtenidos

1.1.- Descripción del trabajo realizado A continuación se analiza el estado de ejecución de las tareas según el cronograma extraído de la memoria del proyecto y se exponen los avances realizados en cada una de ellas. Etapa 1: Diseño, construcción y realización del PTHg con células pequeñas y método adiabático. -

Tarea 9: Diseño células pequeñas y calorímetro.

-

Tarea 10: Destilación del mercurio y llenado de células pequeñas.

-

Tarea 11: Análisis de impurezas.

-

Tarea 12: Caracterización de células pequeñas con el método de flujo constante y comparación con

-

Tarea 13: Realización del PTHg por el método adiabático con células pequeñas.

-

Tarea 14: Determinación, análisis y evaluación de las componentes de incertidumbre en la

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realización del PTHg: método adiabático. Coherencia de resultados con el método de flujo constante. La continuación de esta etapa sigue en suspenso ya que, ante los buenos resultados obtenidos se ha preferido continuar con los dopajes con células convencionales (grandes). Puede concluirse que la etapa 1 está iniciada. Etapa 2: Trabajos complementarios -

Tarea 15: Llenado de células diseñadas por el LNE-INM y comparación con células CEM.

-

Tarea 16: Verificación de los resultados obtenidos con mercurio comercial de alta pureza de otras procedencias.

-

Tarea 17: Construcción de célula grande en cuarzo con mercurio de características óptimas para evaluar a largo plazo la influencia de la disolución del borosilicato.

-

Tarea 18: Estudio de la influencia de la composición isotópica del mercurio en la temperatura de su punto triple.

Sigue estando pendiente de realizar el estudio con la célula de borosilicato y el estudio por el método adiabático. Puede concluirse que la etapa 2 está iniciada. Etapa 3: Evaluación de la influencia de las impurezas en la temperatura del PT Hg, mediante el dopaje de células pequeñas con cantidades controladas de impurezas metálicas.

-

Tarea 19: Estudio y planificación de los trabajos a desarrollar.

-

Tarea 20: Llenado de células con dopaje. PRIMERA FASE

-

Tarea 21: Realización de las distintas células dopadas y comparación con la referencia.

-

Tarea 22: Llenado de células con dopaje. SEGUNDA FASE

-

Tarea 23: Realización de las distintas células dopadas y comparación con la referencia.

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-

Tarea 24: Llenado de células con dopaje. TERCERA FASE

-

Tarea 25: Realización de las distintas células dopadas y comparación con la referencia.

-

Tarea 26: Determinación, análisis y evaluación de las influencias de impurezas metálicas en la temperatura del PTHg, estimación de las incertidumbres asociadas.

-

Tarea 27: Análisis de las aleaciones binarias 0% del mercurio con los metales dopantes usados.

-

Tarea 28: Conclusiones finales del proyecto y perspectivas futuras.

Los resultados para Zn y Ag que se enviaron en el 2010 al International Journal of Thermophysics están ahora en la etapa final del proceso de revisión para su posterior publicación. Las Tareas 21-24 están concluidas (salvo los análisis químicos), la Tarea 25 está iniciada y las Tareas 26-28 están sin empezar. Puede concluirse que la etapa 3 está pendiente de completar.

1.2. – Resultados A continuación se resumen los resultados más significativos de las actividades finalizadas en el segundo año. Etapa 3 Se ha llevado a cabo el dopaje con Cd, utilizando el mismo procedimiento que en los dopajes anteriores presentados en el primer informe de seguimiento. La particularidad que tiene el cadmio, es la presencia de una reacción peritéctica cerca del punto triple del mercurio según el diagrama de fases [1]. Eso implica un incremento del valor del punto triple con el aumento del contenido de dopante. El análisis térmico de las mesetas de fusión tras solidificación lenta y tras solidificación rápida se muestra en la figura 1. Las gráficas presentan la variación de temperatura en función de la inversa de la fracción fundida (1/F) y en el caso de la solidificación lenta los resultados están de acuerdo con la ley de Raoult.

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tras solidificación lenta 3.50

0 doping

3.00

1st doping 2nd doping

2.50

Δ T , mK

2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 -0.50 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1/F

tras solidificación rápida 0.00

0 doping 1st doping

-0.10

2nd doping

Δ T, mK

-0.20 -0.30 -0.40 -0.50 -0.60 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1/F

Figura 1. Comparación de las pendientes de las mesetas de fusión tras solidificación lenta y tas solidificación rápida para el dopaje con Cd.

La siguiente etapa ha sido la comparación de las células dopadas con una célula de referencia (se ha escogido la M62- 4.4-01.10-0001). Se han llevado a cabo medidas casi

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simultáneas con dos TRPPs (275038 y 1210) y con una resistencia patrón de 25 Ω, corregidas por el autocalentamiento. La incertidumbre combinada estándar obtenida ha sido de 48 μK. Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 1. Para la muestra sin dopar se han tenido en cuenta los análisis por el método ICP-MS. Metal

Etapa de

Fracción molar Cd

∆T

dopante

dopaje

(xi)

(mK)

0

1,02 x10-10

0

1

8,27 x 10-6

2,676

2

1,12 x 10-5

3,588

Cd

Tabla 1. Resumen de los resultados obtenidos con el Cd

Los resultados obtenidos son altamente satisfactorios ya que tiene lugar un incremento lineal de la temperatura a medida que aumenta el contenido de dopante (Figura 2). Tras la extrapolación lineal y el análisis de la pendiente se obtiene 3.2 mK/10-5 Fracción Molar Cd. 4 y = 3.2152x 2 R = 0.9999

Δ T, mK

3

2

1

0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

-5

10 x Fracción Molar Cd

Figura 2: Variación de la temperatura en función del contenido de Cd

A finales de 2010 también se contó con la estancia de Murat Kalemci del

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Instituto Nacional de Metrología turco (UME) durante una semana, durante la cual se llenó una célula diseñada por el UME con nuestro sistema de destilación y se procedió a compararla con nuestra referencia. Para ello se utilizó un termómetro del UME que trajo consigo Murat Kalemci y que servirá como patrón de transferencia para realizar una comparación con sus referencias. Las medidas ya han sido realizadas, pero están pendientes de ser estudiadas y de recibir los datos del UME. 1.3.- Estado actual de las adquisiciones En esta segunda fase del proyecto no se ha hecho ninguna adquisición nueva. 2.- Conclusiones y plan de trabajo previsto (actualización del proyecto) Los resultados obtenidos que se han desarrollado en el apartado 1.2 son altamente satisfactorios en esta segunda etapa del proyecto. Se confirma de nuevo que el procedimiento de dopaje del mercurio desarrollado en el primer año es viable. A la vista de los resultados obtenidos de las medidas del punto triple del Hg en función del contenido de dopante para los metales Zn, Ag, Au y Cd se considera adecuado abordar más dopajes. Para ello se ha pensado en otro elemento con reacción peritéctica, el Pb, pero también sería interesante estudiar una mezcla de dos dopantes: uno que baja el punto triple del mercurio y otro que lo sube (ej Ag-Cd); por último sería interesante repetir los dopajes con Zn ya que los resultados obtenidos al principio no fueron los esperados y para ello se necesita comprar más Zn para asegurar que éste no esté oxidado.

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Bibliografía

1

L.A. Zabdyr and C. Guminsky, Journal of Phase Equilibria 14 6 734-742 (1993)

ANEXO

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