EL VACÍO Y SUS APLICACIONES

“EL VACÍO Y SUS APLICACIONES”

Demócrito desarrollo la teoría atómica de la materia en la que consideraba la composición del Universo por átomos y vacío. Epicuro dice que para producir el vacío basta con separar con rapidez dos cuerpos planos que están bien unidos. En China al inventar los fuelles y los pistones, con los que absorbían el aire y después lo comprimían al presionar el fuelle para activar el fuego y producir las altas temperaturas necesarias para fundir el bronce y el hierro. La historia se divide en la Edad de la Piedra, la Edad del Bronce y la Edad del Hierro.

I. EL PRINCIPIO DE VACÍO

Se denomina vacío al lugar donde la presión que se mide es menor que la presión atmosférica normal. Hay diferentes clases de vacío: grueso o primario, medio, alto y ultra alto, y en cada caso, la presión es cada vez menor (o el vacío es cada vez más alto). El vacío se aprovecha en diversas industrias, que van desde la alimenticia hasta la automovilística, la aviación, la obtención de medicamentos, etc. y el área de influencia del vacío afecta a la mayoría de las industrias, provocando el desarrollo tecnológico de un país.

Los filósofos griegos consideraban que el vacío significaba falto de contenido. Hasta mediados del siglo XVII el italiano Gasparo Berti realizó el primer experimento con el vacío (1640).Berti pretendía aclarar el fenómeno como una manifestación de diferencia de presión de aire en la atmósfera. Creó un barómetro de agua, que resultó capaz de producir vacío.

Evangelista Torricelli diseñó, en 1644, un dispositivo para demostrar los cambios de presión en el aire y construyó un barómetro que en lugar de agua empleaba mercurio, y sin proponérselo, comprobó la existencia del vacío.El barómetro de Torricelli constaba de un recipiente y un tubo lleno de mercurio (Hg) cerrado en uno de sus extremos. Al invertir el tubo dentro del recipiente se formaba vacío en la parte superior del tubo.

En 1648, Blas Pascal subió un barómetro con 4 kg de mercurio a una montaña a 1 000 m sobre el nivel del mar. Cuando el barómetro estaba en la cima, el nivel de la columna de Hg en el tubo era menor que al pie de la montaña.

Torricelli aseguraba la existencia de la presión de aire y decía que debido a ella el nivel de Hg en el recipiente no descendía, lo cual hacía que el tamaño de la columna de mercurio permaneciera constante dentro del tubo, y, al disminuir la presión del aire en la cima de la montaña, el nivel de Hg en el recipiente subió y en la columna dentro del tubo bajó inmediatamente (se vació de manera parcial).

II. LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA

La presión atmosférica es la que ejerce la atmósfera o aire sobre la Tierra y con un barómetro se puede medir ésta presión. Una atmósfera (atm) estándar es igual a 760 mm Hg (milímetros de mercurio) o a 760 torr (torricell).

De acuerdo con la definición de la Sociedad Americana de Vacío (1958), el término vacío se refiere a cierto espacio lleno con gases a una presión total menor que la presión atmosférica, por lo que el grado de vacío se incrementa en relación directa con la disminución de presión del gas residual, es decir, que en cuanto más disminuye la presión, mayor vacío se obtendrá. Por lo tanto hay vacío bajo, mediano, alto y ultra alto.

1) Bajo y mediano vacío. El intervalo de presión atmosférica con estas características se manifiesta desde un poco menos de 760 torr hasta 10-2 torr. Los gases que componen el aire se evacuan a diferentes velocidades y esto altera la composición de gases del aire residual.

2) Alto vacío. La presión se extiende desde cerca de 10-3 hasta 10-7 torr. La composición de gases residuales presenta un alto contenido de vapor de agua (H2O).

3) Ultra alto vacío. El intervalo de presión va desde 10-7 hasta 10-16 torr. Las superficies internas del recipiente se mantienen limpias de gas. Aquí el componente dominante de los gases residuales es el hidrógeno.

III. LA NECESIDAD DE HACER VACÍO

1) La aspiradora es un ejemplo pues emplea el vacío. Se usa para succionar objetos de varias decenas de gramos. En general las aspiradoras son capaces de trabajar a una presión de 100-150 torr.

2) La tecnología de vacío es utilizada para extraer la humedad de los alimentos, químicos, productos farmacéuticos, etc., y los gases disueltos en aceites plásticos, y otros líquidos.

3) En la producción de jugo de frutas y leche concentrada, se requiere de alta temperatura para evaporar el agua o solventes contenidos en los productos.

4) Para remover los constituyentes de la atmósfera que pudieran causar una reacción física o química, como puede ser la oxidación, durante un cierto proceso, por ejemplo, la fundición en vacío de metales reactivos como el titanio.

5) Para modificar una cierta condición de equilibrio que existe en condiciones ambientales normales.

6) Para aumentar la distancia que un átomo, molécula o electrón debe viajar antes de chocar con otro, por ejemplo, en recubrimientos al vacío, aceleradores de partículas, cinescopios de televisión y monitores de computadoras.

7) Para reducir el número de impactos de las moléculas del gas ambiental con una cierta superficie preparada en vacío, por ejemplo, en la preparación de películas delgadas puras, o en estudios de superficies limpias.

8) Para la producción de nuevos materiales y la separación de los isótopos de los elementos.

IV. LOS DISPOSITIVOS PARA HACER VACÍO

Los egipcios y los chinos, con el invento del fuelle con válvulas para inyectar aire a los hornos, hacían vacío sin saberlo: al abrir el fuelle, se llenaba de aire por el vacío que se provocaba dentro de éste.

En el siglo XVII, Otto von Guerickea inventó la bomba de aire. Adaptó en 1640 a un tonel de madera una bomba de agua, después lo llenó con agua y lo clausuró y con la ayuda de varios hombres procedió a sacar el agua y causó la precipitación del aire a través de los poros de la madera y de aquí surgió la fabricación de una esfera de cobre a la que se le podía colocar una bomba. Omitió el agua y bombeó directamente el aire, sufrió un efecto de compresión debido a la presión atmosférica.

El experimento más famoso de Von Guericke fue el llamado de “Los hemisferios de Magdeburgo”, que consistía en un par de

...