Licuefactor de Pictet

El desarrollo del licuefactor de Pictet fue uno de los pasos iniciales en la criogénica y en la investigación a bajas temperaturas, entre muchas otras ramas de la ciencia y la ingeniería.

Infografía licuefactor de Pictet

Una historia fría

Raoul Pictet nació en una rama menor de la familia Pictet, más conocida por su exclusivo banco privado en Ginebra, Suiza. Pictet estudió en escuelas locales y luego se unió a la facultad de ciencias. Como estudiante de alto nivel, pronto se trasladó a París, primero a la Escuela Politécnica y luego a la Sorbona, donde trabajó con el químico Charles Adolphe Wurtz.

Raoul Pictet. Físico suizo (1846 - 1929). Pionero en conjunto de la criogenia y la licuefacción de gases
Raoul Pictet. Físico suizo (1846 – 1929). Pionero en conjunto de la criogenia y la licuefacción de gases

Pictet se interesó por la termodinámica y la termoquímica, pero por su potencial comercial, más que químico: construyó una máquina capaz de producir 15 kg de hielo por hora. Con una patente en su haber, se convirtió en secretario del escritor-arqueólogo-coleccionista Gustave Reviliod y fue a Egipto para la inauguración del Canal de Suez.

Egipto era un lugar de ensueño. Si no hay nada más, estaba pidiendo a gritos el hielo. Hizo contactos rápidamente y a los 26 años fue nombrado profesor de física y mecánica en la Universidad de El Cairo. Pronto llamó la atención de la Jedive egipcia, que le dio la tarea de rediseñar la educación científica en el país. Pictet también obtuvo un lucrativo contrato para suministrar máquinas de hielo al gobierno. Ambas tareas fueron masivas y en 1875, agotado, Pictet volvió a Ginebra.

Aquí volvió a la termodinámica práctica; sus detalladas mediciones condujeron a un documento que mostraba la relación entre el calor latente de la vaporización, el peso molecular y la temperatura absoluta. La misma relación sería redescubierta por Frederick Trouton en Inglaterra seis años después. Pero el verdadero objetivo de Pictet era licuar los gases.

Licuefacción de gases

Había quedado claro a través del trabajo de Michael Faraday y otros que la mayoría de los gases podían ser licuados por enfriamiento o presión, o por una combinación de ambos. Pero seis gases “permanentes” cruciales se mantuvieron obstinadamente: hidrógeno, helio, nitrógeno, oxígeno, óxido nítrico y monóxido de carbono.

Pictet expresó cinco requisitos para licuar un gas de forma fiable. El gas debe ser de una pureza excepcional y el aparato debe comprimir el gas a muy altas presiones. La temperatura debe ser lo más baja posible, con un excelente aislamiento (usaría algodón), y el gas debe expandirse sobre una superficie fría lo más grande posible para asegurar la condensación.

Construcción del licuefactor

Pictet convenció a un fabricante de instrumentos local para que le diera libre acceso a sus talleres y construyeron un dispositivo que consta de tres etapas. Primero, el dióxido de azufre, licuado bajo presión, se bombeaba y se evaporaba en un sistema de circuito cerrado. Esto bajó la temperatura a -75°C, suficiente para licuar el dióxido de carbono bajo presiones relativamente modestas en la segunda etapa. Se requería un cuidado extremo: girar las llaves de paso demasiado rápido arriesgaba aumentos de presión que llevarían a “un deplorable accidente”. La evaporación del CO2 hizo que la temperatura bajara a menos de 120°C.

Dibujo del licuefactor de Pictet en una demostración
Dibujo del licuefactor de Pictet en una demostración

En este punto, el oxígeno, preparado in situ en un recipiente sellado por la descomposición térmica del clorato de potasio, se liberó en la cámara a través de una fina boquilla a una presión de varios cientos de atmósferas. Se licuó instantáneamente, condensándose como gotas de color azul pálido. Siempre un buen termodinamista, Pictet se apresuró a señalar que el trabajo mecánico proporcionado por las bombas de SO2 y CO2 fue la “causa productiva del frío”.

Emocionado con su logro, Pictet cableó a la Academia de Ciencias de París justo cuando Louis Paul Cailletet estaba a punto de anunciar su propio enfoque de lo mismo. Acordaron una prioridad conjunta y fueron leonizados en toda Europa. Las noticias viajaron rápido: Karol Olszewski y Zygmunt Wroblewski en Varsovia y James Dewar en Londres pronto bajaron aún más la temperatura y, en 1908, Kammerlingh Onnes aprehendió el último gas “permanente” licuando helio.

Pictet da a conocer su licuefactor

El 22 de diciembre de 1877, la “Academia de Ciencias de París” recibió un telegrama enviado por Raoul Pictet, indicando su éxito en la licuefacción de oxígeno bajo 320 atmósferas y mediante el uso combinado de dióxido de azufre y dióxido de carbono a una temperatura de 140 grados centígrados. bajo cero.

Este anuncio coincidió con el de Louis Paul Cailletet, quien también logró licuar el oxígeno mediante otro proceso. Los dos científicos están acreditados actualmente con este descubrimiento, aunque las fechas son muy cercanas.

En verdad, los procesos fueron diferentes. En Cailletet la licuefacción fue mecánica: es decir, la expansión repentina del gas y la compresión se realizan con la ayuda de un compresor, mientras que en el proceso del licuefactor de Pictet se utilizó condensación química seguida de presión y disminución de la temperatura. Este método se conoce como “cascada” o “ciclos sucesivos”. Gracias a la acción del dióxido de azufre, provoca una disminución de la temperatura. Se produce una caída adicional de la temperatura por la acción del dióxido de carbono u óxido de nitrógeno.

El paso final es producir oxígeno en un recipiente cerrado en contacto con dióxido de carbono sólido. Con este descubrimiento, Pictet se hizo conocido en toda Europa. Incluso fue honrado con la medalla de la Legión de Honor, la gran Medalla Davy y otra medalla de oro durante la Exposición de París, en 1878. Al año siguiente, el “Consejo de Estado” le otorgó la cátedra de física industrial en la Universidad de Ginebra. En ese momento, el físico, que tenía 33 años, completó un curso siete horas a la semana y recibió 4500 francos franceses anualmente.

Los últimos años de Pictet

Pictet permaneció en el mundo académico durante algún tiempo, pero luego renunció para hacer negocios en Alemania. Estaba plagado de disputas sobre patentes y malas decisiones empresariales. Más tarde afirmaría que las leyes de la termodinámica no se aplicaban a sus refrigerantes. Murió, en París, casi olvidado.

Al licuar los componentes del aire, Pictet y Cailletet abrieron las puertas de un nuevo patio de recreo, con chefs como Ferrán Adria y Heston Blumenthal sus últimos exploradores. Si trabajas en un laboratorio, detente un momento, llena un Dewar con nitrógeno líquido y pasa unos minutos haciendo las paces con tu niño interior.

Para más información Pictet’s liquefier