¿Qué es el punto de fusión? – Definición, rango y determinación

Cambios de fase frente a diagramas de fase

Antes de entrar en los detalles de la fusión, echemos un vistazo más de cerca a las formas o fases más comunes de la materia: sólidos, líquidos y gases. Los científicos han determinado el estado de la materia para muchos compuestos diferentes a diferentes presiones y temperaturas. Un gráfico de estos resultados de los estados de la materia se llama diagrama de fase y puede verse así:

En un diagrama de fase, el límite sólido muestra la presión y la temperatura a las que la sustancia existe en ambas fases simultáneamente. Eso es porque los cambios de fase son procesos de equilibrio. Este puede ser un equilibrio entre sólido y líquido, o entre líquido y gas.

Entonces, ¿qué temperatura se requiere para que este compuesto se derrita? ¡Depende! Observe que la línea que apunta hacia arriba en el medio se inclina un poco hacia la derecha. Esto nos dice que a una presión de 260 atmósferas, que es la línea de puntos horizontal superior, este compuesto se derrite a unos 200 Kelvin. Pero cuando baja la presión, el compuesto se derrite a una temperatura más baja. ¿Puede cambiar realmente la temperatura de fusión? ¡Si!

Definiciones del punto de fusión

Ahora que sabemos algo sobre los diagramas de fase, tendrá más sentido por qué los científicos definen el punto de fusión de la forma en que lo hacen. Primero, en términos cotidianos, el punto de fusión es la temperatura a la que una sustancia se derrite o se congela. ¿Entendiste eso? ¡El punto de fusión es el mismo que el punto de congelación! En otras palabras, pasa de un sólido a un líquido a la misma temperatura que pasa de un líquido a un sólido.

Echemos un vistazo más de cerca a la parte cotidiana de esta definición. En ciencia, las condiciones de trabajo diarias se definen generalmente como una atmósfera de presión barométrica. Cuando buscamos valores conocidos para el punto de fusión de varias sustancias, casi siempre se definen en una atmósfera de presión. Por tanto, en ciencia, el punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que el sólido se convierte en líquido a una atmósfera de presión.

Qué sucede durante la fusión

A medida que una sustancia sólida se calienta o absorbe calor del medio ambiente, las moléculas comienzan a tener suficiente energía para superar las fuerzas intermoleculares , o fuerzas que mantienen unidas las moléculas de forma rígida, como las moléculas de agua en el hielo, que se muestran aquí.

Las moléculas en el exterior de una muestra comienzan a derretirse, incluso cuando el interior se mantiene lo suficientemente frío como para permanecer sólido. Ya lo has visto antes: piensa en un cubo de hielo. Se derrite de afuera hacia adentro, en lugar de convertirse en un charco de una vez. Entonces, en realidad, hay dos procesos involucrados en la fusión: absorber energía térmica y luego usar esa energía para romper la estructura reticular ordenada del sólido.

Rangos de puntos de fusión

La respuesta corta a esto son las limitaciones humanas. La medición de los rangos de fusión requiere la observación humana y requiere la observación de una muestra lo suficientemente grande para observar, de todos modos para la mayoría de las aplicaciones prácticas. El rango de fusión de un compuesto comienza con la temperatura en la que los cristales comienzan a licuarse hasta la temperatura a la que toda la muestra es líquida. La mayoría de los compuestos puros tienen un rango de fusión de 1 a 2 grados Celsius. En el laboratorio, se obtiene un rango estrecho como ese solo cuando la muestra se calienta lentamente.

Panorama general del punto de fusión

El punto de fusión, o más exactamente, el intervalo de fusión, es una propiedad física importante de un compuesto. En el laboratorio, es una de las pruebas que le ayudarán a identificar una muestra desconocida. Al comparar el rango de fusión de una muestra con el de un conjunto de compuestos conocidos, de un libro de referencia o una fuente confiable en Internet, puede identificar su muestra desconocida.

El rango de fusión también es una gran herramienta para evaluar la pureza de una muestra desconocida. Las sustancias puras se derriten en un rango estrecho de temperatura de solo uno o dos grados. Las muestras impuras tendrán un rango de fusión mucho más amplio, así como un punto de fusión más bajo, lo que también es cierto incluso cuando la impureza tiene un punto de fusión más alto que la muestra de interés. El rango de fusión de las muestras impuras a menudo comienza a una temperatura más baja. Por ejemplo, considere un compuesto conocido con un rango de fusión de 54 a 56 grados Celsius. Una muestra impura de este compuesto podría tener un rango de fusión de 51 a 55 grados Celsius, que es un rango más amplio con una temperatura inicial más baja. Es importante saber que solo las impurezas que interfieren con la estructura cristalina sólida de un compuesto afectarán el punto de fusión. Si, por ejemplo,

Resumen de la lección

Tomemos un momento para revisar los puntos clave de esta lección sobre el punto de fusión. Primero, realmente no deberíamos hablar de puntos de fusión . La definición cotidiana es la temperatura a la que una sustancia se funde en líquido y la definición científica es la temperatura a la que el sólido se convierte en líquido a una atmósfera de presión. A medida que se calienta una sustancia sólida, las moléculas comienzan a tener suficiente energía para vencer las fuerzas intermoleculares , o fuerzas que mantienen unidas a las moléculas de forma rígida. Pero una mejor manera de expresar esto es el rango de fusión, que se puede observar en los diagramas de fase., que son gráficos de resultados de estados de materia. Los valores estándar para el rango de fusión están disponibles y normalmente se definen como medidos a una atmósfera de presión. Las sustancias puras tienen rangos de fusión estrechos, mientras que las sustancias impuras pueden tener rangos de fusión amplios. Hacer coincidir el rango de fusión de un compuesto desconocido con el de un conjunto de compuestos conocidos es una herramienta importante para identificar un compuesto desconocido y evaluar su pureza.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador