La fusión o fusión es un proceso físico que da como resultado la transición de fase de una sustancia de sólido a líquido . Esto ocurre cuando la energía interna del sólido aumenta, típicamente por la aplicación de calor o presión , lo que aumenta la temperatura de la sustancia hasta el punto de fusión . En el punto de fusión, el orden de los iones o moléculas en el sólido se descompone a un estado menos ordenado y el sólido se " derrite" para convertirse en un líquido.
Las sustancias en estado fundido generalmente tienen una viscosidad reducida a medida que aumenta la temperatura. Una excepción a este principio es el elemento azufre , cuya viscosidad aumenta en el rango de 160 ° C a 180 ° C debido a la polimerización . [1]
Algunos compuestos orgánicos se funden a través de mesofases , estados de orden parcial entre sólido y líquido.
Transición de la fase de primer orden [ editar ]
Desde un punto de vista termodinámico, en el punto de fusión el cambio en la energía libre de Gibbs ∆G de las sustancias es cero, pero hay cambios distintos de cero en la entalpía ( H ) y la entropía ( S ), conocidos respectivamente como entalpía de fusión (o calor latente de fusión) y la entropía de fusión . Por tanto, la fusión se clasifica como una transición de fase de primer orden . La fusión ocurre cuando la energía libre de Gibbs del líquido se vuelve más baja que la del sólido para ese material. [2] [3] La temperatura a la que esto ocurre depende de la presión ambiental.
El helio a baja temperatura es la única excepción conocida a la regla general. [4] El helio-3 tiene una entalpía de fusión negativa a temperaturas inferiores a 0,3 K. El helio-4 también tiene una entalpía de fusión muy levemente negativa por debajo de 0,8 K. Esto significa que, a presiones constantes adecuadas, se debe eliminar el calor de estas sustancias. para derretirlos. [5]
Criterios [ editar ]
Entre los criterios teóricos para la fusión, los criterios de Lindemann [6] y Born [7] son los más utilizados como base para analizar las condiciones de fusión.
El criterio de Lindemann establece que la fusión se produce debido a la "inestabilidad vibratoria" , por ejemplo, los cristales se funden; cuando la amplitud media de las vibraciones térmicas de los átomos es relativamente alta en comparación con las distancias interatómicas, por ejemplo, < δu 2 > 1/2 > δ L R s , donde δu es el desplazamiento atómico, el parámetro de Lindemann δ L ≈ 0,20 ... 0,25 y R s es la mitad de la distancia interatómica. [8] : 177 El "criterio de fusión de Lindemann" está respaldado por datos experimentales tanto para cristalinosmateriales y para transiciones vidrio-líquido en materiales amorfos.
El criterio de Born se basa en una catástrofe de rigidez causada por la desaparición del módulo de cizallamiento elástico, es decir, cuando el cristal ya no tiene suficiente rigidez para soportar mecánicamente la carga, se vuelve líquido. [9]
Sobreenfriamiento [ editar ]
Bajo un conjunto estándar de condiciones, el punto de fusión de una sustancia es una propiedad característica. El punto de fusión suele ser igual al punto de congelación . Sin embargo, bajo condiciones cuidadosamente creadas, puede ocurrir un sobreenfriamiento o sobrecalentamiento más allá del punto de fusión o congelación. El agua sobre una superficie de vidrio muy limpia a menudo se sobreenfría varios grados por debajo del punto de congelación sin congelarse. Se han enfriado finas emulsiones de agua pura a -38 ° C sin nucleación para formar hielo . [ cita requerida ] La nucleación ocurre debido a fluctuaciones en las propiedades del material. [ cita requerida ]Si el material se mantiene quieto, a menudo no hay nada (como una vibración física) que provoque este cambio, y puede producirse un sobreenfriamiento (o sobrecalentamiento). Termodinámicamente, el líquido sobreenfriado se encuentra en estado metaestable con respecto a la fase cristalina y es probable que cristalice repentinamente.
Gafas [ editar ]
Los vidrios son sólidos amorfos , que generalmente se fabrican cuando el material fundido se enfría muy rápidamente por debajo de su temperatura de transición vítrea, sin tiempo suficiente para que se forme una red cristalina regular. Los sólidos se caracterizan por un alto grado de conectividad entre sus moléculas y los fluidos tienen una menor conectividad de sus bloques estructurales. La fusión de un material sólido también se puede considerar como una percolación a través de conexiones rotas entre partículas, por ejemplo, enlaces de conexión. [10] En este enfoque se produce la fusión de un material amorfo, cuando los enlaces rotos forman un grupo de percolación con T g dependiente de los parámetros termodinámicos de cuasi-equilibrio de los enlaces, por ejemplo, en la entalpía ( H d ) y la entropía (S d ) de formación de enlaces en un sistema dado en condiciones dadas: [11]
donde f c es el umbral de percolación y R es la constante universal de los gases.
Aunque H d y S d no son verdaderos parámetros termodinámicos de equilibrio y pueden depender de la velocidad de enfriamiento de una masa fundida, se pueden encontrar a partir de los datos experimentales disponibles sobre la viscosidad de materiales amorfos .
Incluso por debajo de su punto de fusión, se pueden observar películas casi líquidas en superficies cristalinas. El espesor de la película depende de la temperatura. Este efecto es común para todos los materiales cristalinos. El pre-derretimiento muestra sus efectos, por ejemplo, en el levantamiento de las heladas, el crecimiento de los copos de nieve y, teniendo en cuenta las interfaces de los límites del grano, tal vez incluso en el movimiento de los glaciares .
Concepto relacionado [ editar ]
En genética , la fusión del ADN significa separar el ADN de doble hebra en dos hebras simples mediante calentamiento o el uso de agentes químicos, reacción en cadena de la polimerasa .
Mesa [ editar ]
 | A | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Sólido | Líquido | Gas | Plasma | ||
| De | Sólido | Derritiendo | Sublimación | ||
| Líquido | Congelación | Vaporización | |||
| Gas | Declaración | Condensación | Ionización | ||
| Plasma | Recombinación | ||||
Ver también [ editar ]
- Lista de elementos químicos que proporcionan puntos de fusión.
- Diagrama de fases
- Zona de fusión
Referencias [ editar ]
- ↑ Sofekun, Gabriel O .; Evoy, Erin; Lesage, Kevin L .; Chou, Nancy; Marriott, Robert A. (2018). "La reología del azufre elemental líquido a través de la transición λ" . Revista de reología . Sociedad de Reología. 62 (2): 469–476. Código bibliográfico : 2018JRheo..62..469S . doi : 10.1122 / 1.5001523 . ISSN 0148-6055 .
- ^ Atkins, PW (Peter William), 1940- autor. (2017). Elementos de la química física . ISBN 978-0-19-879670-1. OCLC 982685277 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
- ^ Pedersen, Ulf R .; Costigliola, Lorenzo; Bailey, Nicholas P .; Schrøder, Thomas B .; Dyre, Jeppe C. (2016). "Termodinámica de congelación y fusión" . Comunicaciones de la naturaleza . 7 (1): 12386. Bibcode : 2016NatCo ... 712386P . doi : 10.1038 / ncomms12386 . ISSN 2041-1723 . PMC 4992064 . PMID 27530064 .
- ^ Atkins, Peter; Jones, Loretta (2008), Principios químicos: La búsqueda de la percepción (4ª ed.), WH Freeman and Company, p. 236, ISBN 978-0-7167-7355-9
- ^ Ott, J. Bevan; Boerio-Goates, Juliana (2000), Termodinámica química: aplicaciones avanzadas , Academic Press, págs. 92–93, ISBN 978-0-12-530985-1
- ^ Lindemann, FA (1910). "Über die Berechnung molekularer Eigenfrequenzen" . Physikalische Zeitschrift (en alemán). 11 (14): 609–614.
- ^ Nacido, Max (1939). "Termodinámica de Cristales y Fusión". La Revista de Física Química . Publicación AIP. 7 (8): 591–603. Código Bibliográfico : 1939JChPh ... 7..591B . doi : 10.1063 / 1.1750497 . ISSN 0021-9606 .
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- ^ Park, Sung Yong; Stroud, D. (11 de junio de 2003). "Teoría de la fusión y las propiedades ópticas de los nanocompuestos de oro / ADN". Physical Review B . Sociedad Estadounidense de Física (APS). 67 (21): 212202. arXiv : cond-mat / 0305230 . Código Bibliográfico : 2003PhRvB..67u2202P . doi : 10.1103 / physrevb.67.212202 . ISSN 0163-1829 . S2CID 14718724 .
- ^ Ojovan, Michael I; Lee, William (Bill) E (2010). "Conectividad y transición vítrea en sistemas de óxidos desordenados". Revista de sólidos no cristalinos . Elsevier BV. 356 (44–49): 2534–2540. Código bibliográfico : 2010JNCS..356.2534O . doi : 10.1016 / j.jnoncrysol.2010.05.012 . ISSN 0022-3093 .
Enlaces externos [ editar ]
- La definición del diccionario de derretirse en Wikcionario
