Punto de fusion
El punto de fusión (o, raramente, el punto de licuefacción ) de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado de sólido a líquido . En el punto de fusión, la fase sólida y líquida existen en equilibrio . El punto de fusión de una sustancia depende de la presión y generalmente se especifica a una presión estándar , como 1 atmósfera o 100 kPa .
Cuando se considera como la temperatura del cambio inverso de líquido a sólido, se denomina punto de congelación o punto de cristalización . Debido a la capacidad de las sustancias de sobreenfriarse , el punto de congelación puede parecer fácilmente inferior a su valor real. Cuando se determina el "punto de congelación característico" de una sustancia, de hecho, la metodología real es casi siempre "el principio de observar la desaparición más que la formación de hielo, es decir, el punto de fusión ". [1]
Para la mayoría de las sustancias, los puntos de fusión y congelación son aproximadamente iguales. Por ejemplo, el punto de fusión y el punto de congelación del mercurio es 234,32 kelvin (-38,83 ° C ; -37,89 ° F ). [2] Sin embargo, ciertas sustancias poseen diferentes temperaturas de transición sólido-líquido. Por ejemplo, el agar se funde a 85 ° C (185 ° F; 358 K) y solidifica a partir de 31 ° C (88 ° F; 304 K); tal dependencia de la dirección se conoce como histéresis . El punto de fusión del hielo a 1 atmósfera de presión está muy cerca de [3] a 0 ° C (32 ° F; 273 K); esto también se conoce como el punto de hielo. En la presencia desustancias nucleantes , el punto de congelación del agua no siempre es el mismo que el punto de fusión. En ausencia de nucleadores, el agua puede existir como un líquido sobreenfriado hasta -48,3 ° C (-54,9 ° F; 224,8 K) antes de congelarse.
El metal con el punto de fusión más alto es el tungsteno , a 3.414 ° C (6.177 ° F; 3.687 K); [4] esta propiedad hace que el tungsteno sea excelente para su uso como filamentos eléctricos en lámparas incandescentes . El carbono citado con frecuencia no se funde a presión ambiente, sino que se sublima a aproximadamente 3700 ° C (6700 ° F; 4000 K); una fase líquida solo existe por encima de presiones de 10 MPa (99 atm) y se estima en 4.030–4.430 ° C (7.290–8.010 ° F; 4.300–4.700 K) (consulte el diagrama de fase de carbono ). El carburo de tantalio hafnio (Ta 4 HfC 5 ) es un refractariocompuesto con un punto de fusión muy alto de 4.215 K (3.942 ° C; 7.127 ° F). [5] Las simulaciones por computadora de la mecánica cuántica han predicho que la aleación HfN 0.38 C 0.51 tendrá un punto de fusión aún más alto (alrededor de 4400 K), [6] lo que la convertiría en la sustancia con el punto de fusión más alto a presión ambiental. Esta predicción se confirmó más tarde mediante un experimento. [7] En el otro extremo de la escala, el helio no se congela en absoluto a presión normal, incluso a temperaturas arbitrariamente cercanas al cero absoluto ; es necesaria una presión de más de veinte veces la presión atmosférica normal .
Existen muchas técnicas de laboratorio para la determinación de puntos de fusión. Un banco Kofler es una tira de metal con un gradiente de temperatura (rango de temperatura ambiente a 300 ° C). Se puede colocar cualquier sustancia en una sección de la tira, revelando su comportamiento térmico a la temperatura en ese punto. La calorimetría diferencial de barrido proporciona información sobre el punto de fusión junto con su entalpía de fusión .
Un aparato de punto de fusión básico para el análisis de sólidos cristalinos consiste en un baño de aceite con una ventana transparente (diseño más básico: un tubo de Thiele ) y una lupa simple. Se colocan varios granos de un sólido en un tubo de vidrio delgado y se sumergen parcialmente en el baño de aceite. El baño de aceite se calienta (y se agita) y con la ayuda de la lupa (y una fuente de luz externa) se puede observar la fusión de los cristales individuales a una determinada temperatura. Se puede usar un bloque de metal en lugar de un baño de aceite. Algunos instrumentos modernos tienen detección óptica automática.
