El Vacio Y Sus Aplicaciones

SABEMOS que la presión atmosférica es la que ejerce la atmósfera o aire sobre la Tierra. A temperatura ambiente y presión atmosférica normal, un metro cúbico de aire contiene aproximadamente 2 x 1025 moléculas en movimiento (2 x 1025 es igual a 2 con 25 ceros) a una velocidad promedio de 1 600 kilómetros por hora.

Una manera de medir la presión atmosférica es con un barómetro de mercurio, su valor se expresa en términos de la altura de la columna de mercurio de sección transversal unitaria y 760 mm de alto. Con base en esto decimos que una atmósfera (atm) estándar es igual a 760 mm Hg (milímetros de mercurio). Utilizaremos por conveniencia la unidad Torricelli (torr) como medida de presión; 1 torr = 1 mm Hg, por lo que 1 atm = 760 torr; por lo tanto 1 torr = 1/760 de una atmósfera estándar, o sea 1 torr =1.136 x 10-3 atm (1 x 10-3 es igual a 0.001 o igual a un milésimo).

El aire está compuesto por varios gases, los más importantes son el nitrógeno (N2) y el oxígeno (O2), pero también contiene en menores concentraciones: bióxido de carbono (CO2), argón (Ar), neón (Ne), helio (He), criptón (Kr), xenón (Xe), hidrógeno (H2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O) y vapor de agua (H2O).

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. Esto significa que en cuanto más disminuyamos la presión, mayor vacío obtendremos, lo que nos permite clasificar el grado de vacío. Entonces, podemos hablar de bajo, mediano, alto y ultra alto vacío, en correspondencia con intervalos de presiones cada vez menores. Cada intervalo tiene características propias.

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. Con las técnicas usuales para hacer vacío (que se describen más adelante), los gases que componen el aire se evacuan a diferentes velocidades y esto altera la composición de gases del aire residual.

2) Alto vacío. El intervalo de 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. En este intervalo el componente dominante de los gases residuales es el hidrógeno.

III. LA NECESIDAD DE HACER VACÍO

EXISTEN diversas razones prácticas por las que es conveniente hacer vacío, a continuación referimos algunos casos:

1) La aspiradora es uno de los ejemplos más sencillos de sistemas que emplean vacío. Se usa para succionar objetos de varias decenas de gramos. Por lo general las aspiradoras son capaces de trabajar a una presión de 100-150 torr por debajo de la presión atmosférica del lugar (650-600 torr a nivel del mar).

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

3) La producción de jugo de frutas y leche concentrada, son ejemplos de producciones a gran escala basadas en la concentración en vacío, para lo cual no 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, como para remover gas disuelto u ocluido o líquido volátil de la parte interna de un material, por ejemplo, en procesos de secado al vacío.

6) Para aumentar la distancia que un átomo, molécula o electrón debe viajar antes de chocar con otro, lo cual ayuda a que en un cierto proceso las partículas se muevan sin colisión entre la fuente y el blanco, 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 para el enriquecimiento o 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.

Viajemos un poco en el tiempo hasta el momento en que apareció la primera bomba de aire. En el siglo XVII, Otto von Guericke hizo una contribución importante a la ciencia con su invención de la bomba de aire, considerada como una de las cuatro invenciones del siglo (los otros inventos fueron: el telescopio, el microscopio y el reloj de péndulo).

Von Guericke adaptó en 1640 a un tonel de madera una bomba de agua, después lo llenó con agua y lo clausuró. Con la ayuda de varios hombres procedió a sacar el agua. El bombeo se prolongó después de vaciado el tonel, lo que causó la precipitación del aire a través de los poros de la madera. Este suceso lo motivó a ocuparse en otro experimento: la fabricación de una esfera de cobre a la que se le podía colocar una bomba. Omitió el agua y bombeó directamente

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