13.11: Fusión
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¿Alguna vez has ido a patinar sobre hielo?
En el invierno, mucha gente encuentra la nieve y el hielo hermosos. Disfrutan salir a esquiar o patinar sobre hielo. A otros no les parece que esa época del año sea tan divertida. Cuando la nieve se derrite, los caminos se vuelven muy descuidados y desordenados. Esas personas esperan con ansias la primavera cuando todo el hielo y la nieve se hayan ido y el clima sea más cálido.
Punto de fusión
Los sólidos son similares a los líquidos en que ambos son estados condensados, con partículas que están mucho más juntas que las de un gas. Sin embargo, mientras que los líquidos son fluidos, los sólidos no lo son. Las partículas de la mayoría de los sólidos se empaquetan firmemente juntas en una disposición ordenada. El movimiento de átomos, iones o moléculas individuales en un sólido se restringe al movimiento vibratorio alrededor de un punto fijo. Los sólidos son casi completamente incompresibles y son los más densos de los tres estados de la materia.
A medida que se calienta un sólido, sus partículas vibran más rápidamente a medida que absorbe energía cinética. Eventualmente, la organización de las partículas dentro de la estructura sólida comienza a descomponerse y el sólido comienza a fundirse. El punto de fusión es la temperatura a la que un sólido cambia a líquido. En su punto de fusión, las vibraciones disruptivas de las partículas del sólido superan las fuerzas atractivas que operan dentro del sólido. Al igual que con los puntos de ebullición, el punto de fusión de un sólido depende de la fuerza de esas fuerzas atractivas. \(\left( \ce{NaCl} \right)\)El cloruro de sodio es un compuesto iónico que consiste en una multitud de enlaces iónicos fuertes. El cloruro de sodio se funde a\(801^\text{o} \text{C}\). El hielo (sólido\(\ce{H_2O}\)) es un compuesto molecular cuyas moléculas se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno. Aunque los enlaces de hidrógeno son las fuerzas intermoleculares más fuertes, la fuerza de los enlaces de hidrógeno es mucho menor que la de los enlaces iónicos. El punto de fusión del hielo es de 0 °C.
El punto de fusión de un sólido es el mismo que el punto de congelación del líquido. A esa temperatura, los estados sólido y líquido de la sustancia están en equilibrio. Para el agua, este equilibrio se produce en\(0^\text{o} \text{C}\).
\[\ce{H_2O} \left( s \right) \rightleftharpoons \ce{H_2O} \left( l \right)\nonumber \]
Tendemos a pensar en los sólidos como aquellos materiales que son sólidos a temperatura ambiente. Sin embargo, todos los materiales tienen puntos de fusión de algún tipo. Los gases se convierten en sólidos a temperaturas extremadamente bajas, y los líquidos también se volverán sólidos si la temperatura es lo suficientemente baja.
La siguiente tabla da los puntos de fusión de algunos materiales comunes.
| Materiales | Punto de fusión (°C) |
|---|---|
| Hidrógeno | -259 |
| Oxígeno | -219 |
| Éter dietílico | -116 |
| Etanol | -114 |
| Agua | 0 |
| Plata pura | 961 |
| Oro puro | 1063 |
| Hierro | 1538 |
Explore cómo el calor y la temperatura se relacionan con el cambio de fase en esta simulación:
Resumen
- El punto de fusión es la temperatura a la que un sólido cambia a líquido.
- Las fuerzas intermoleculares tienen una fuerte influencia en el punto de fusión.
Revisar
- Definir punto de fusión.
- ¿Qué sucede cuando un material se derrite?
- ¿Esperaría que el etano (C 2 H 6) tenga un punto de fusión mayor o menor que el agua? Explique su respuesta.