Art. #250, Punto crítico del potasio (y II)

William Jerez NYC 04/15/2011
www.dominicanissues.com, Opinion www.wjerez.blogspot.com

Los datos obtenidos en esta investigación, para el potasio, fueron:

Pc = 2383.00 psia (psi + 14.7) (psi = pound per square in)
Tc = 4,101.89°R = 2,005°C

Ln P = 0.189237 – 1.53218*104/T + 1.43296 ln T – 4.24293*103 P/T2 Ec. (1)

Desviación estándar = 0.00493668

Con los datos obtenidos, de las tres ecuaciones que plantee esta es la más representativa porque tiene la desviación estándar más baja.

Esta investigación duró más de tres años y se llevaron a cabo 4 corridas (medidas de datos) en las cuales, antes de conseguir el punto crítico del potasio, los datos que se iban obteniendo en esta investigación estuvieron de acuerdo con los datos previos conseguidos por Bowles.

Metales líquidos: su número atómico, su peso atómico, su gravedad específica, su punto de fusión y su punto de ebullición.

a. Litio (Li): (3, 6.941, 0.534, 179°C, 1317°C)
b. Sodio (Na): (11, 22.9898, 0.9674, 97.6°C, 892°C)
c. Potasio (K): (19, 39.012, 0.863, 63°C, 770°C)
d. Rubidio (Rb): (37, 85.4678, 1.532, 39 °C, 688°C)
e. Cesio (Cs): (55, 132.90, 1.90, 28°C, 705°C)

Puede verse que el potasio: por su baja densidad, su bajo punto de fusión, su relativo alto punto de ebullición, su abundancia en las aguas de los mares y su bajo costo de obtención resulta el material ideal para material enfriante en los viajes espaciales.

El uso del sodio en las válvulas en las maquinas de los aviones supersónicos se ha usado por más de 60 años. A partir del logro del punto crítico del potasio ya se pudo usar este metal líquido.

También se puede usar mezclas de sodio y potasio (NaK) para un sin número de máquinas. Y básicamente, por la alta conductividad térmica.

Procedimiento para la obtención del punto crítico del potasio:
1. El potasio usado en esta investigación fue de una pureza de 99.95%.
2. Aunque pudo usarse nitrógeno puro, en esta investigación se usó un argón con un 99.997% de pureza.
3. Cuatro termopares, a base de tungsteno, fueron atados a la punta de la cápsula y con los cuales se podía monitorear cualquier discrepancia de temperatura. Las medidas de las presiones (Psat) y las temperaturas (T) fueron hechas en forma digital.
4. Los “transducers” para los 4 termopares y la presión podían leerse simultáneamente con un potenciómetro de precisión de la compañía Norhtrup. O sea, (P, T) = f (mV).
Todo aquel enjambre de lecturas simultáneas era una verdadera belleza.
5. Los pirómetros, usados en altos hornos, no se pudieron usar debido a la falta de precisión en sus lecturas.
6. En esta investigación y en todas las corridas o medidas se cogieron un total de 57 puntos incluyendo 5 puntos supercríticos.
7. Se cargó la cápsula de tungsteno con el potasio usando un gas inerte para que no hubiera contacto con el oxigeno del aire. Previamente hubo que usar un vacio máximo de 5 micrones. Esto se logró con una bomba de difusión.
8. Una vez cargada la cápsula se fija la temperatura de la punta de la cápsula con un reóstato. Esta operación puede durar unas dos o tres horas.
9. Una vez que la temperatura de la cápsula se fija (T), con el fuelle se va aumentando la presión hasta lograr la Psat (presión saturada del potasio) a la temperatura correspondiente de la punta de la cápsula. Aquí, si la presiones medidas se grafican contra el número (arbitrario) de vueltas del fuelle se obtiene un quiebre o cambio de pendiente. Este cambio de pendiente me da la Psat el primer punto de la grafica para la temperatura de la punta la cual esta fija (Psat, T). Aquí hay que ver que la segunda pendiente es una línea totalmente recta debido a que se está empujando solamente potasio líquido con el fuelle.
Hay que enfatizar que hay que estar seguro de que manteniendo la temperatura de la punta de la cápsula invariable, la presión asociada a esta temperatura es un solo punto sobre la gráfica.

Las dos gráficas son obtenidas con las siguientes ecuaciones:

T = f (presión de fuelle) Ecuación (2)
Psat = f (T) Ecuación (3)

10. Con la ecuación (2) se obtiene un solo punto de la gráfica Psat = f (T). Para cada presión esta se aumenta con el fuelle muy despacio y a mano.
11. Con la ecuación (3) se logran todos los puntos de (Psat,T) o (P,T) o (P-T). No hay que olvidarse que para cada medida de los puntos P-T, la temperatura de la punta de la capsula hay que mantenerla constante.
12. Con la ecuación (3) se obtiene el punto crítico del potasio con el quiebre de la curva.
13. Pero para obtener mejor claridad del punto crítico, se puede graficar log P vs. 1/T y se obtiene mejor vista del quiebre que da el punto crítico del potasio.
Ningunos de los 5 puntos supercríticos logrados en este experimento fueron usados en ningunas de las 3 ecuaciones planteadas en esta investigación. Incluyendo la ecuación (1).

14. Se obtuvieron un número de 5 puntos supercríticos. Estos puntos son los que están muy por encima del punto crítico del potasio. Y claro, no es posible la coexistencia de las fases liquida y vapor por encima del punto crítico. O sea, en los puntos supercríticos no es posible la existencia de las dos fases, liquida y vapor.

15. En este método de investigación se pudo demostrar, con los datos obtenidos, que encima del punto crítico por más que se aumente la temperatura de la punta de la cápsula la presión permanece constante. Esta es una de las mejores formas de obtener el punto crítico.

Finalmente, después de más de 3 años de investigación en la universidad de Columbia, NYC, se logró el anhelado punto crítico del potasio:

Pc = 2383.00 psia (psi + 14.7) (psi = pound per square in)
Tc = 4,101.89°R = 2,005°C

Art. #249, Punto crítico del potasio (I)
Art. 248, Radiaciones y plantas Nucleares

Para información de los lectores.

En fecha 04/15/2011 a las 5:30 p.m.

Tenemos:Precio de cierre del petróleo = US$/109.66/barril.

Precio de cierre del oro = US$1486.00/onza.



El autor de este trabajo, William Jerez, MS en la Universidad de Columbia, NYC, posee un diplomado en radioisótopos y desintegración nuclear.