Fusão: o que é, exemplos e experimentos

A fusão é a mudança de estado de sólido para líquido para uma substância em uma faixa de temperatura. Se a substância possui um alto grau de pureza, a margem corresponde a uma temperatura específica: o ponto de fusão. E quando há um grau de impureza, o ponto de fusão é representado por um intervalo (por exemplo, 120-122 ° C).

É um dos processos físicos mais comuns da natureza. Os sólidos absorvem calor e aumentam sua temperatura até que as primeiras gotas de líquido comecem a se formar. Depois, outras gotas seguem a primeira e, enquanto todo o sólido não derrete, sua temperatura permanece constante.

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Porque Porque todo o calor é consumido para produzir mais líquido, em vez de aquecer o último. Portanto, o sólido e o líquido têm a mesma temperatura e coexistem em equilíbrio. Se o suprimento de calor for constante, a balança acaba mudando para a formação completa de líquido.

Por esse motivo, quando uma estalactite de gelo começa a derreter na primavera, uma vez iniciada a mudança de estado, ela não termina até que seja transformada em água líquida. Na imagem acima, pode-se ver que até os cristais de gelo flutuam dentro de uma gota suspensa.

A determinação do ponto de fusão de uma substância desconhecida é um excelente teste para identificá-la (desde que não contenha muitas impurezas).

Também revela quão fortes são as interações entre as moléculas que formam o sólido; enquanto derrete em temperaturas mais altas, mais fortes serão suas forças intermoleculares.

Qual é a fusão?

A fusão consiste em uma mudança de estado de sólido para líquido. As moléculas ou átomos no líquido têm uma energia média mais alta, pois se movem, vibram e giram em velocidades mais altas. Isso cria como conseqüência um aumento no espaço intermolecular e, portanto, um aumento no volume (embora esse não seja o caso da água).

Como no sólido, as moléculas estão em um arranjo mais compacto, elas não possuem liberdades em seus movimentos e possuem uma energia média mais baixa. Para que a transição sólido-líquido ocorra, as moléculas ou átomos do sólido devem vibrar em velocidades mais altas absorvendo calor.

À medida que vibram, um conjunto de moléculas que se reúne para formar a primeira gota é separado. E assim, a fusão nada mais é do que um derretimento do sólido causado pelo calor. Quanto mais alta a temperatura, mais rápido o sólido derreterá.

Particularmente, a fusão pode dar lugar à formação de túneis e poros no interior do sólido. Isso pode ser demonstrado através de um experimento dedicado para crianças.

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Fusão de misturas sólidas e emulsões

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O sorvete

A fusão refere-se à fusão por calor de uma substância ou mistura. No entanto, o termo também foi usado para se referir à fusão de outras substâncias que não são estritamente classificadas como sólidas: emulsões.

O exemplo ideal está no sorvete. São emulsões de água congelada (e em algumas cristalizadas), com ar e gorduras (leite, nata, cacau, manteiga, etc.).

O sorvete derrete ou derrete porque o gelo excede seu ponto de fusão, o ar começa a escapar e o líquido acaba arrastando o restante de seus componentes.

A química dos sorvetes é extremamente complexa e representa um ponto de interesse e curiosidade ao considerar a definição de fusão.

Gelo doce e salgado

Em relação a outras misturas sólidas, não se pode falar adequadamente de um ponto de fusão para fins analíticos; isto é, não é um critério decisivo para identificar uma ou várias substâncias. Em uma mistura, quando um componente derrete, os outros podem se dissolver na fase líquida, que é diagonalmente oposta a uma fusão.

Por exemplo, uma mistura sólida de gelo-açúcar-sal derreterá completamente assim que o gelo começar a derreter. Como o açúcar e o sal são muito solúveis na água, eles serão dissolvidos, mas isso não significa que o açúcar e o sal tenham derretido.

Exemplos

Na cozinha

Alguns exemplos comuns de fusão podem ser encontrados na cozinha. Manteigas, chocolates, gomas de mascar e outros doces derreterão se receberem calor diretamente do sol ou se estiverem fechados em espaços quentes. Alguns doces, como marshmallows, derreterão intencionalmente para o melhor aproveitamento de seus sabores.

Muitas receitas indicam que um ou mais ingredientes devem derreter primeiro antes de serem adicionados. Queijos, gorduras e mel (muito viscosos) também entram nesses ingredientes.

Em ornamentações

Para decorar certos espaços e objetos, metais, vidro e cerâmica com desenhos diferentes são usados. Esses ornamentos podem ser contemplados no terraço de um edifício, nos cristais e mosaicos de algumas paredes ou nos itens à venda no interior dos joalheiros.

Todos são compostos de materiais que derretem a temperaturas muito altas; portanto, eles devem primeiro derreter ou amolecer para trabalhar e fornecer as formas desejadas.

É aqui que você trabalha com ferro incandescente, assim como os ferreiros na fabricação de armas, ferramentas e outros objetos. Além disso, a fusão permite obter as ligas soldando dois ou mais metais em diferentes proporções de massa.

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A partir do vidro fundido, você pode criar figuras decorativas, como cavalos, cisnes, homens e mulheres, lembranças de viagens, etc.

Na natureza

Os principais exemplos de fusão na natureza podem ser observados no derretimento de icebergs; na lava, uma mistura de rochas derretida pelo calor intenso dentro dos vulcões; e na crosta do planeta, onde predomina a presença de metais líquidos, principalmente ferro.

Pontos de fusão das substâncias mais comuns

Uma série de substâncias comuns com seus respectivos pontos de fusão está listada abaixo:

-Gelo, 0ºC

-Parafina, 65,6ºC

-Chocolates, 15,6-36,1ºC (observe que é uma faixa de temperatura, porque existem chocolates que derretem em temperaturas mais baixas ou mais altas)

– ácido palmítico, 63 ° C

-Agar, 85ºC

-Pósforo, 44ºC

-Alumínio, 658ºC

-Cálcio, 851ºC

-Oro, 1083 ° C

-Cobre, 1083 ° C

-Ferro, 1530ºC

-Mercúrio, -39ºC (é líquido à temperatura ambiente)

-Gás metano, -182ºC

-Etanol, -117 ° C

-Grafite de carbono, 4073ºC

-Diamante de carbono, 4096ºC

Como pode ser visto, geralmente os metais, devido às suas ligações metálicas, têm os mais altos pontos de fusão. No entanto, o carvão os supera apesar de possuir ligações covalentes, mas com arranjos moleculares muito estáveis.

Moléculas pequenas e não polares, como gás metano e etanol, não têm interações fortes o suficiente para permanecerem sólidas à temperatura ambiente.

Caso contrário, a força das interações intermoleculares no interior do sólido pode ser inferida medindo seu ponto de fusão. Um sólido que suporta temperaturas abrasadoras deve ter uma estrutura muito estável.

Em geral, os sólidos covalentes apolares têm pontos de fusão mais baixos que os sólidos covalentes polares, iônicos e metálicos.

Experiência para explicar a fusão para crianças e adolescentes

Cúpulas de gelo coloridas

Esta é talvez uma das experiências mais artísticas e simples para explicar a fusão para crianças. É preciso:

-Um prato, para que quando congelem a água, formem algumas cúpulas

-Uma bandeja grande para garantir uma superfície onde o gelo possa derreter sem causar estragos

-Sal (pode ser o mais barato do mercado)

– Cores vegetais e um conta-gotas ou colher para adicioná-los

Depois que as cúpulas de gelo são obtidas e dispostas na bandeja, uma quantidade relativamente pequena de sal é adicionada à sua superfície. O único contato do sal com o gelo causará rios de água que molharão a bandeja.

Isso ocorre porque o gelo tem uma alta afinidade pelo sal e ocorre uma solução cujo ponto de fusão é menor que o do gelo.

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Em seguida, algumas gotas de corante são adicionadas às cúpulas. A cor penetrará nos túneis da cúpula e em todos os seus poros, como as primeiras consequências de seu derretimento. O resultado é um carnaval de cores preso dentro do gelo.

Finalmente, os corantes se misturam na água da bandeja, dando outro espetáculo visual aos pequenos espectadores.

Armário térmico

Dentro de um gabinete com temperatura controlada, uma série de substâncias pode ser organizada em recipientes resistentes ao calor. O objetivo deste experimento é mostrar aos adolescentes que cada substância tem seu próprio ponto de fusão.

Quais substâncias podem ser escolhidas? Logicamente, metais ou sais podem entrar no gabinete, pois derretem a temperaturas acima de 500 ° C (o gabinete derrete).

Portanto, da lista de substâncias, podem ser escolhidas aquelas que não excedam 100ºC, por exemplo: mercúrio (supondo que o gabinete possa ser resfriado abaixo de -40ºC), gelo, chocolate, parafina e ácido palmítico.

Os adolescentes (e também as crianças) observariam como o mercúrio se transforma em um líquido preto metálico; e depois a fusão de gelo branco, barras de chocolate, ácido palmítico e, finalmente, vela de parafina.

Para explicar por que a parafina derrete em temperaturas mais altas que o chocolate, será necessário analisar suas estruturas.

Se tanto a parafina quanto o ácido palmítico são compostos orgânicos, o primeiro deve consistir em uma molécula mais pesada ou em uma molécula mais polar (ou ambas ao mesmo tempo). A explicação de tais observações pode ser deixada como lição de casa para os alunos.

Referências

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