Fusão: em que consiste, exemplos e experimentos - Ciência - 2023

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o fusão é a mudança de estado de sólido para líquido para uma substância em uma faixa de temperatura.Se a substância tem um alto grau de pureza, a faixa corresponde a uma temperatura específica: o ponto de fusão. E quando existe um certo grau de impurezas, o ponto de fusão é representado por uma faixa (por exemplo, 120-122 ° C).

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

Por quê? Porque todo o calor é consumido para produzir mais líquido, em vez de aquecer este. Portanto, sólido e líquido têm a mesma temperatura e coexistem em equilíbrio. Se o fornecimento de calor for constante, o equilíbrio acaba se deslocando para a formação completa do líquido.


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

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

Também revela o quão fortes são as interações entre as moléculas que constituem o sólido; quanto mais tempo ele 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. Moléculas ou átomos em líquido têm uma energia média mais alta, pois se movem, vibram e giram em velocidades mais altas. Como consequência, isso cria um aumento no espaço intermolecular e, portanto, um aumento no volume (embora este não seja o caso da água).


Como no sólido as moléculas estão em um arranjo mais compacto, carecem de liberdade de movimento e possuem uma energia média menor. Para que a transição sólido-líquido ocorra, as moléculas ou átomos do sólido devem vibrar em velocidades mais altas, absorvendo calor.

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

Em particular, a fusão pode levar à formação de túneis e poros dentro do sólido. Isso pode ser demonstrado por meio de um experimento dedicado para crianças.

Fusão de misturas sólidas e emulsões

O sorvete

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


O exemplo ideal é o 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 ultrapassa seu ponto de derretimento, o ar começa a escapar e o líquido acaba arrastando o restante de seus componentes.

A química do sorvete é extremamente complexa e representa um ponto de interesse e curiosidade ao se considerar a definição de fusão.

Gelo doce e salgado

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

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 em água, ele os dissolverá, mas 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 derretem se receberem calor direto do sol ou se forem colocados em espaços quentes. Alguns doces, como os marshmallows, são derretidos intencionalmente para o melhor aproveitamento de seus sabores.

Muitas receitas afirmam que um ou mais ingredientes devem primeiro ser derretidos antes de serem adicionados. Queijos, gorduras e mel (muito viscosos) também estão entre esses ingredientes.

Nas ornamentações

Para decorar determinados espaços e objetos, utilizam-se metais, vidros e cerâmicas com diferentes designs. Essas ornamentações podem ser vistas no terraço de um prédio, nos vidros e nos mosaicos de algumas paredes, ou nas peças à venda dentro das joalherias.

Eles são todos feitos de materiais que derretem em temperaturas muito altas, então eles devem primeiro derreter ou amolecer a fim de trabalhá-los nas formas desejadas.

É aqui então que se trabalha o ferro incandescente, como fazem os ferreiros na fabricação de armas, ferramentas e outros objetos. Da mesma forma, a fusão permite a obtenção de ligas pela soldagem de dois ou mais metais em diferentes proporções de massa.

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

Na natureza

Os principais exemplos de derretimento na natureza podem ser vistos no derretimento de icebergs; na lava, uma mistura de rochas derretidas pelo intenso calor 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 estão listados abaixo:

-Gelo, 0ºC

-Parafina, 65,6ºC

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

-Ácido palmítico, 63ºC

-Agar, 85ºC

-Fósforo, 44ºC

-Alumínio, 658ºC

-Cálcio, 851ºC

-Ouro, 1083ºC

-Cobre, 1083ºC

-Ferro, 1530ºC

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

-Gás metano, -182ºC

-Etanol, -117ºC

-Grafite carbono, 4073ºC

- Carvão de diamante, 4096ºC

Como pode ser visto, geralmente os metais, devido às suas ligações metálicas, apresentam os maiores pontos de fusão. No entanto, o carbono os excede apesar de possuir ligações covalentes, mas com arranjos moleculares muito estáveis.

Moléculas pequenas e apolares, como o gás metano e o etanol, não interagem com força suficiente para permanecer sólidas em temperatura ambiente.

Do resto, a força das interações intermoleculares dentro do sólido pode ser inferida medindo seu ponto de fusão. Um sólido que resiste a altas temperaturas deve ter uma estrutura muito estável.

Os sólidos covalentes apolares geralmente têm pontos de fusão mais baixos do que os sólidos covalentes polares, iônicos e metálicos.

Experimente explicar a fusão para crianças e adolescentes

Cúpulas de gelo coloridas

Este é talvez um dos experimentos mais artísticos e simples para explicar a fusão para crianças. Você precisa:

-Alguns pratos, de forma que quando a água congela neles formem cúpulas

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

-Sal (pode ser o mais barato do mercado)

- Coloração vegetal e um conta-gotas ou colher para adicioná-los

Uma vez que as cúpulas de gelo foram obtidas e colocadas na bandeja, uma quantidade relativamente pequena de sal é adicionada à sua superfície. O mero contato do sal com o gelo causará rios de água que molharão a bandeja.

Isso ocorre porque o gelo tem uma grande afinidade com o sal, e ocorre uma solução cujo ponto de derretimento é inferior ao do gelo.

Algumas gotas de corante alimentar são adicionadas às cúpulas. A cor penetrará nos túneis da cúpula e em todos os seus poros, como primeiras consequências de seu derretimento. O resultado é um carnaval de cores presas no gelo.

Por fim, os corantes vão se misturar na água da bandeja, dando mais um espetáculo visual aos pequenos espectadores.

Gabinete térmico

Dentro de um gabinete com temperatura controlada, várias substâncias podem ser colocadas 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, nem metais nem sais podem entrar no gabinete, pois derretem em temperaturas acima de 500ºC (o gabinete derreteria).

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

Adolescentes (e crianças também) assistiam ao mercúrio se transformar em um líquido preto metálico; e então o derretimento do gelo branco, as barras de chocolate, o ácido palmítico e, finalmente, a vela de parafina.

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

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

Referências

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