- En què consisteix la fusió?
- Derretimientos de mescles sòlides i emulsions
- el gelat
- Gel dolç i salat
- exemples
- A la cuina
- A les ornamentacions
- En la naturalesa
- Punts de fusió de substàncies més comuns
- Experiment per explicar la fusió per a nens i adolescents
- Doms de gel colorits
- Gabinet tèrmic
- referències
La fusió és el canvi d'estat de sòlid a líquid per a una substància en un marge de temperatura. Si la substància té un alt grau de puresa, el marge correspon a una temperatura específica: el punt de fusió. I quan hi ha cert grau d'impureses, el punt de fusió es representa mitjançant un interval (per exemple, 120-122ºC).
És un dels processos físics més comuns de la natura. Els sòlids absorbeixen calor i eleven la seva temperatura fins que comencen a formar-se les primeres gotes de líquid. Després, altres gotes el segueixen a les primeres, i mentre tot el sòlid no s'hagi fos la seva temperatura roman constant.
Font: Pixabay
Per què? Perquè tota la calor es consumeix per produir més líquid, en lloc d'escalfar aquest últim. Per tant, el sòlid i el líquid tenen la mateixa temperatura i coexisteixen en equilibri. Si el subministrament de calor és constant, l'equilibri acaba desplaçant-se a la completa formació de líquid.
És per això que quan una estalactita de gel comença a fondre a la primavera, un cop iniciat el canvi d'estat, no acabarà fins que no s'ha transformat en aigua líquida. A la imatge superior es pot observar que fins i tot uns cristalls de gel suren a l'interior d'una gota penjant.
La determinació del punt de fusió d'una substància desconeguda és una prova excel·lent per identificar-la (sempre que no contingui moltes impureses).
Així mateix, revela què tan forts són les interaccions entre les molècules que formen el sòlid; mentre funda a majors temperatures, més forts seran les seves forces intermoleculars.
En què consisteix la fusió?
La fusió consisteix d'un canvi d'estat de sòlid a líquid. Les molècules o àtoms en el líquid posseeixen una major energia mitjana, ja que es desplacen, vibren i roten a velocitats més altes. Això crea com a conseqüència un augment de l'espai intermolecular i, per tant, un augment de l'volum (encara que no passa el mateix amb l'aigua).
Com en el sòlid les molècules es troben en un arranjament més compacte, no tenen llibertats en el seu moviment, i tenen una energia mitjana menor. Perquè passi la transició sòlid-líquid, les molècules o àtoms de l'sòlid han de vibrar a majors velocitats mitjançant l'absorció de calor.
A l'anar vibrant, van separant un conjunt de molècules que es reuneixen per formar la primera gota. I així, la fusió no és més que una fosa de l'sòlid causat per efecte de la calor. Com més alta sigui la temperatura, més ràpid serà la fusió de l'sòlid.
Particularment, la fusió pot donar pas a la formació de túnels i porus dins el sòlid. Això pot demostrar-se a través d'un experiment dedicat per a nens.
Derretimientos de mescles sòlides i emulsions
Font: Pixabay
el gelat
La fusió es refereix a la fosa mitjançant la calor d'una substància o barreja. No obstant això, el terme també s'ha usat per referir-se a la fosa d'altres substàncies que no classifiquen estrictament com sòlids: les emulsions.
L'exemple ideal resideix en els gelats. Són emulsions d'aigua congelada (i en algunes, cristal·litzada), amb aire i greixos (llet, nata, cacau, mantega, etc.).
El gelat es fon o fon causa que el gel sobrepassa el seu punt de fusió, l'aire comença a escapar-se, i el líquid acaba arrossegant a la resta dels seus components.
La química de el gelat és summament complexa, i representa un punt d'interès i curiositat a l'hora de plantejar-se la definició de fusió.
Gel dolç i salat
Respecte a altres mescles sòlides, no pot parlar pròpiament d'un punt de fusió amb finalitats analítiques; és a dir, no és un criteri decisiu per identificar una o diverses substàncies. En una barreja, a l'fondre un component, els altres poden dissoldre en la fase líquida, la qual cosa és diagonalment oposat a una fusió.
Per exemple, una barreja sòlida de gel-sucre-sal, es fondrà completament tot just comenci a fondre el gel. Com el sucre i la sal són molt solubles en aigua, aquesta els dissoldrà, més no vol dir que el sucre i la sal s'hagin fos.
exemples
A la cuina
Alguns exemples comuns de la fusió poden trobar-se dins de la cuina. Les mantegues, les xocolates, els xiclets i altres dolços, es fonen si reben la calor de el sol directament, o si estan tancats en espais calorosos. Alguns dolços, com els malví, es fonen intencionalment per al millor gaudi dels seus sabors.
Moltes receptes assenyalen que un o més ingredients han de primer fondre abans d'agregar-se. Els formatges, els greixos i la mel (molt viscosa) entren també entre aquests ingredients.
A les ornamentacions
Per decorar certs espais i objectes es recorren a metalls, vidres i ceràmiques amb diferents dissenys. Aquestes ornamentacions poden contemplar-se en la terrassa d'un edifici, en els vidres i mosaics d'uns murs, o en els articles en venda dins de les joieries.
Tots es componen de materials que fonen a molt altes temperatures, per la qual cosa han de primer fondre o estovar per poder trabajarles i donar-los les formes desitjades.
És aquí llavors on es treballa amb el ferro incandescent, com ho fan els ferrers en la fabricació d'armes, eines i altres objectes. Així mateix, la fusió permet l'obtenció dels aliatges a l'soldar dos o més metalls en diferents proporcions màssiques.
De el vidre fos es pot crear figures decoratives com cavalls, cignes, homes i dones, records de viatge, etc.
En la naturalesa
Els principals exemples de fusió en la naturalesa poden observar-se en la fosa dels icebergs; en la renta, barreja de roques foses per la intensa calor dins dels volcans; i en l'escorça de l'planeta, on predomina la presència de metalls líquids, especialment el ferro.
Punts de fusió de substàncies més comuns
A continuació s'enlistan una sèrie de substàncies comuns amb els seus respectius punts de fusió:
-Hielo, 0ºC
-Parafina, 65,6ºC
-Chocolates, 15.6-36.1ºC (cal notar que és un marge de temperatures, perquè hi ha xocolates que es fonen a menors o majors temperatures)
-Àcid palmític, 63ºC
-Agar, 85ºC
-Fósforo, 44ºC
-Alumini, 658ºC
-Calci, 851ºC
-Or, 1083ºC
-Coure, 1083ºC
-Ferro, 1530ºC
-Mercurio, -39ºC (és líquid a temperatura ambient)
-Gas metà, -182ºC
-Etanol, -117ºC
-Carbó grafit, 4073ºC
-Carbó diamant, 4096ºC
Com es pot observar, generalment els metalls, per les seves enllaços metàl·lics, posseeixen els punts de fusió més elevats. No obstant això, el carbó els supera malgrat posseir enllaços covalents, però amb arranjaments moleculars molt estables.
Les molècules petites i apolars, com el gas metà i l'etanol, no presenten interaccions prou forts com per romandre en estat sòlid a temperatura ambient.
De resta, es pot inferir la força de les interaccions intermoleculars dins el sòlid mesurant el seu punt de fusió. Un sòlid que suporti temperatures abrasadores, ha de tenir una estructura molt estable.
En general, els sòlids covalents apolars tenen menors punts de fusió que els sòlids covalents polars, iònics i metàl·lics.
Experiment per explicar la fusió per a nens i adolescents
Doms de gel colorits
Aquest és potser un dels experiments més artístics i senzills per explicar-los la fusió als nens. Es necessita de:
-Uns plats, de tal manera que a l'congelar l'aigua en ells formin uns doms
-Una safata gran per garantir una superfície on es pugui fondre el gel sense causar estralls
-Sal (pot ser la més econòmica en el mercat)
-Colorantes vegetals, i un degotador o una cullera per adicionarlos
Un cop obtinguts els doms de gel, i disposats sobre la safata, es procedeix a agregar una quantitat relativament petita de sal sobre la seva superfície. El sol contacte de la sal amb el gel, provocarà uns rius d'aigua que mullaran la safata.
Això es deu al fet que el gel té molta afinitat per la sal, i ocorre una dissolució el punt de fusió és inferior a el del gel.
Tot seguit, s'agreguen als doms unes quantes gotes de colorant. El color penetrarà els túnels de l'dom i tots els seus porus, com a primeres conseqüències de la seva fosa. El resultat és un carnaval de colors atrapat dins el gel.
Finalment, els colorants es barrejaran en l'aigua de la safata, donant un altre espectacle visual als petits espectadors.
Gabinet tèrmic
D'aquí a un gabinet amb temperatura controlada, es poden disposar una sèrie de substàncies en recipients resistents a la calor. El propòsit d'aquest experiment és demostrar-los als adolescents que cada substància té el seu propi punt de fusió.
Quines substàncies es poden escollir? Lògicament, els metalls ni les sals poden entrar en el gabinet, doncs fonen a temperatures superiors dels 500ºC (es fondria el gabinet).
Per tant, de la llista de substàncies es poguessin escollir aquelles que no sobrepassen els 100 º C, per exemple: mercuri (assumint que es pot refredar el gabinet per sota dels -40ºC), gel, xocolata, parafina i àcid palmític.
Els adolescents (i els nens també) s'observarien com el mercuri es torna en un líquid negre metàl·lic; i després la fusió de gel blanc, de les barres de xocolata, de l'àcid palmític i, finalment, de la vela de parafina.
Per explicar el per què la parafina fon a majors temperatures que la xocolata, caldrà analitzar-ne les estructures.
Si tant la parafina com l'àcid palmític es tracten de compostos orgànics, la primera ha de consistir d'una molècula més pesada, o d'una molècula més polar (o les dues alhora). Donar una explicació de observacions podria ser deixada com a tasca als alumnes.
referències
- Van't Hul J. (24 de juliol de 2012). Melting Ice Science Experiment with Salt and Liquid Watercolors. Recuperat de: artfulparent.com
- Tobin, Declan. (2018). Fun Facts about Melting Point for Kids. Easy Science for Kids. Recuperat de: easyscienceforkids.com
- Sarah. (11 de juny de 2015). Simple Science Experiment for Kids: What Melts in the Sun? Frugal Fun for Boys and Girls. Recuperat de: frugalfun4boys.com
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
- h2g2. (03 de octubre del 2017). Melting Points of Some Common Substances. Recuperat de: h2g2.com
- The Open University. (03 de agost de 2006). Melting Points. Recuperat de: open.edu
- Lumen, Chemistry for Non-Majors. (Sf). Melting Point. Recuperat de: courses.lumenlearning.com
- Gillespie, Clara. (13 d'abril del 2018). What Factors Affect Melting Point? Sciencing. Recuperat de: sciencing.com