Krav på termometervätska
- Högt, linjärt termiskt expansionskoefficient.
- Bred vätsketemperaturintervall (låg fryspunkt, hög kokpunkt).
- God termisk ledningsförmåga.
- Benättningsförmåga: Bildar kontinuerlig kolonn i kapillär (adhesiva > kohesiva krafter).
- Låg ångtryck, giftfri (idealisk), synlig.
Kvicksilver (Hg)
| Egenskap | Värde |
|---|
| Fryspunkt | -38,8°C (-37,9°F) |
| Kokpunkt | 356,7°C (674°F) |
| Expansionskoefficient | 0,000181/°C (hög, linjär) |
| Ytspänning | 485 mN/m (mycket hög) |
| Benättning av glas | Utmärkt (konvex meniskus) |
| Giftighet | Hög (neurotoxisk); miljöfara |
Kvicksilvers höga ytspänning orsakar en konvex meniskus; det benätter glas väl tack vare stark Hg-SiO₂-adhesion. Avskaffas kliniskt (WHO, Minamatakonventionen).
Alkohol (Etanol/Toluen/Pentan)
| Egenskap | Etanol | Toluen | Pentan |
|---|
| Fryspunkt | -114°C | -95°C | -130°C |
| Kokpunkt | 78°C | 111°C | 36°C |
| Expansionskoefficient | 0,0011/°C (6× Hg) | 0,0011/°C | 0,0016/°C |
| Ytspänning | 22 mN/m | 28 mN/m | 16 mN/m |
| Benättning av glas | Dålig (konkav meniskus, droppar) | Dålig | Dålig |
| Giftighet | Låg (brännbar) | Måttlig | Hög (brännbar) |
Benättningsproblemet och lösningen
Benättning = adhesiva krafter (vätska-fast) > kohesiva krafter (vätska-vätska).
- Kvicksilver: Hög kohesion (metalliska bindningar) men stark adhesion till SiO₂ → benätter.
- Alkohol/organiska: Låg kohesion (van der Waals) men svag adhesion till rent glas → dålig benättning (droppbildning).
Lösningar för alkoholtermometrar
- Ytbehandling: Silanbeläggning, kromsyraetsning, plasmabehandling → ökar ytenergi → hydrofil.
- Ytaktiva ämnen: Spåradditiver minskar ytspänningen ytterligare.
- Kapillärdesign: Smal borr tvingar fram kolonnkontinuitet (Jurins lag: h = 2γcosθ/ρgr).
Moderna alternativ
- Galinstan (Ga-In-Sn legering): Flytande vid rumstemp (-19°C), giftfri, hög expansion, benätter glas med oxidlager.
- Digitala sensorer: Termistorer, RTD, termoelement, IR – ingen vätska behövs.
Historisk not
- Galileo (1593): Lufttermoskop (ingen vätska).
- Fahrenheit (1714): Kvicksilvertermometer (standardiserad skala).
- Celsius (1742): Centigradskala.
Benättning är avgörande för vätska-i-glas termometri. Kvicksilver utmärker sig naturligt; organiska kräver ingenjörskonst. Modern praxis gynnar digitala sensorer för säkerhet och precision.
