Fusió (canvi d'estat)
Derretimiento, o fusió, és un procés físic que resulta en la transició de fase d'una substància d'un sòlit a un líquit. Açò ocorre quan aumenta l'energia interna dels sòlits, típicament per l'aplicació de calor o pressió, el qual aumenta la temperatura de la substància al punt de fusió. En el punt de fusió, l'orde d'ionés o molèculas en els sòlits es devenen a un estat menys ordenat, i el sòlit es convertix en un líquit.
Les substàncies en l'estat fos generalment reduïxen el seu viscosidad en l'aument de temperatura. Una excepció a este principi és el sofre, els auments del qual de viscosidad són deguts a la polimerisació, disminuint a temperatures més altes en el seu estat fos.[1]
Alguns composts orgànics fonen a través de mesofases, estats d'orde parcial entre sòlit i líquit.
En calfar un tros de plom (per eixemple, en un recipient d'acer), es pot observar que es derrite a certa temperatura. Si es permet que el plom fos es gele, tornarà a un estat d'agregat sòlit. Un cos sòlit es transforma en líquit en calfar-se, i un líquit en sòlit en gelar-se. Per a cada substància química, existix una certa temperatura a la qual la substància canvia d'un estat sòlit a líquit, és dir, d'un estat líquit a un sòlit agregat. En el primer cas es produïx la fusió, i esta temperatura es denomina punt de fusió, i en el segon cas es produïx la solidificació. Els experiments han demostrat que el punt de fusió i el punt de solidificació coincidixen per a materials iguals a la mateixa pressió. Dels metals purs, l'estany, el plom i el bismut es fonen a les temperatures més baixes, mentres que el mercuri es troba en estat líquit a temperatura normal. Les aleacionés (mescles de dos o més metals) normalment tenen un punt de fusió més baix que els punts de fusió dels metals dels que es compon l'aleació, per eixemple, una aleació de zinc i plom a parts iguals, utilisada per a soldadura blana, es fon a 200 °C, mentres que el punt de fusió del zinc és 420 °C i el del plom és 327 °C.
Història
[editar | editar còdic]El concepte de "fusió" ha evolucionat significativament a lo llarc del temps, des de les intuïcions antigues sobre els estats de la matèria fins a l'enteniment científic sofisticat que tenim hui. L'història de la fusió, un procés en el que un sòlit es convertix en líquit en ser calfat, està intrínsecament relacionada en el desenroll més ampli de la termodinàmica, la ciència de materials i la teoria atòmica.
Comprensió primerenca: començos intuïtius
[editar | editar còdic]Les primeres referències al procés de fusió poden rastrejar-se fins a les civilisacions antigues. Les persones observaven que substàncies com el gèl i els metalés podien canviar de forma sòlida a líquida baix diferents condicions. Els antics grecs, com Aristóteles, tenien una comprensió rudimentària del món natural, descrivint la matèria com composta per quatre elements fonamentals: terra, aire, fòc i aigua. Encara que no contaven en un concepte formal de fusió, reconeixien que les substàncies podien canviar baix certes circumstàncies, com la solidificació de l'aigua en gèl durant el clima fret i la licuación dels metals en ser calfats.
La Renaixença i la revolució científica
[editar | editar còdic]Durant el Renaixença, els erudits varen començar a qüestionar les nocions prèvies sobre la matèria, lo que va dur a la revolució científica en els sigles XVI i XVII. Una figura clau en esta transformació va ser Robert Boyle, el treball de la qual en els 1600 va assentar les bases de la química moderna. Els estudis pioners de Boyle sobre els gasos, junt en la seua famosa Llei de Boyle-Mariotte,[2] varen ajudar en la comprensió de la temperatura i la pressió, crucials per a l'estudi de la fusió. Boyle i uns atres com Isaac Newton varen escomençar a considerar les propietats de la matèria en térmens d'observació i experiment científics, preparant el terreny per a un examen més rigorós dels canvis físics que les substàncies experimenten, com la fusió.
El descobriment dels canvis de fase de l'aigua també es va convertir en un àrea notable d'estudi. En el XVIII, científics com Joseph Black i Jean-Pierre Mérycita requerida varen començar a experimentar en la calor i el gèl. El descobriment de Black sobre el calor latent,[3] que és la cantitat de calor necessària per a canviar la fase d'una substància (per eixemple, de sòlit a líquit) sense canviar la seua temperatura, va ser fonamental per a alvançar en la comprensió científica de la fusió. Black va demostrar que quan el gèl es fon, absorbix calor sense un aument en la temperatura, un fenomen que més vesprada s'explicaria en térmens de moviment molecular i energia.
El naiximent de la termodinàmica
[editar | editar còdic]El XIX va marcar una era crucial en la comprensió de les transicions de fase, inclosa la fusió, en el desenroll de la termodinàmica com a disciplina científica formal. El treball de científics com Sadi Carnot, James Clerk Maxwell i Rudolf Clausius va conduir a la formulació de lleis que governen la conservació de l'energia i la transferència de calor.[4] El desenroll del concepte de el "punt crític", la temperatura i la pressió en les que les fases distintes de la matèria (com a líquit i gas) es fusionen, va ser crucial per a entendre no solament la fusió, sino el comportament més ampli dels materials baix diferents condicions.[5]
A mitan de el XIX, la conexió entre temperatura i el comportament dels àtoms i les molèculas va començar a prendre forma. La teoria cinètica de la matèria, desenrollada per científics com James Clerk Maxwell i Ludwig Boltzmann, va explicar el comportament de les partícules en els diferents estats de la matèria.[6] Segons esta teoria, a mida que aumenta la temperatura d'un sòlit, l'energia vibracional dels seus àtoms o molècules també aumenta, superant en algun punt les forces que els mantenen units, lo que du a la fusió.
Comprensió moderna
[editar | editar còdic]En el XX, en el advenimiento de la mecànica quàntica i la teoria atòmica, la comprensió de la fusió es va tornar més precisa. Ara se sabia que les substàncies es fonien a una temperatura característica, coneguda com el punt de fusió, que depenia de l'estructura molecular del material i de les forces entre els àtoms. Per eixemple, els metals solen tindre punts de fusió elevats degut a que els enllaços entre els seus àtoms són forts, mentres que substàncies com el gèl es fonen a temperatures més baixes pels relativament dèbils enllaços d'hidrogen entre les molècules d'aigua.[7]
En la ciència moderna de materials, el procés de fusió s'entén en térmens del comportament microscòpic de les molècules i els àtoms, i els punts de fusió s'utilisen com una propietat clau per a identificar i caracterisar substàncies. L'estudi de la fusió també s'ha expandit als camps de la cristalografia, a on la disposició dels àtoms en un sòlit juga un paper important en el seu comportament de fusió, i a l'estudi dels líquits sobreenfriados i les transicions de vidre.
La fusió com una transició de fase de primer orde
[editar | editar còdic]Des del punt de vista de la termodinàmica, en el punt de fusió el canvi en l'energia lliure de Gibbs ∆G de les substàncies és zero, pero hi ha canvis distints de zero en l'entalpia (H) i l'entropía (S), conegudes respectivament com entalpia de fusió (o calor latent de fusió) i entropía de fusió.[8] Per tant, la fusió es classifica com una transició de fase de primer orde. La fusió es produïx quan l'energia lliure de Gibbs del líquit és menor que la del sòlit per a eixe material.[9][10] La temperatura a la que açò ocorre depén de la pressió ambiental.
El heli de baixa temperatura és l'única excepció coneguda a la regla general.[11] Heli-3 té una entalpia de fusió negativa a temperatures inferiors a 0,3 K. Heli-4 també té una entalpia de fusió molt llaugerament negativa per baix de 0,8 K. Açò significa que, a pressions constants adequades, es deu extraure calor d'estes substàncies per a fondre-les.[12]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ C. Michael Hogan (2011) Sulfure, Encyclopedia of Earth, eds. A.Jorgensen and C.J.Cleveland, National Council for Science and the environment, Washington DC.
- ↑ Robert Boyle, The Sceptical Chymist. 1661, 2nd Edition (2000) Dover Publications ISBN: 978-0486402113
- ↑ Black, Joseph. Experiments upon Magnesia Alba, Quicklime, and Some Other Alcaline Substances (1756) Printed by W. & C. Spilsbury
- ↑ Maxwell, James Clerk. Theory of Heat (1871) Macmillan and Co. ISBN: 978-1406719919
- ↑ Clausius, Rudolf. The Mechanical Theory of Heat with Its Applications to the Steam Engine and to the Physical Properties of Bodies (1879) John van Voorst ISBN: 978-1478370803
- ↑ Boltzmann, Ludwig. Theoretical Physics and Philosophical Problems: Selected Writings (1974) Birkhäuser Verlag ISBN: 978-0817634479
- ↑ Poe, W. Fundamentals of Thermodynamics (2002) Wiley-VCH ISBN: 978-0471345668
- ↑ HE Stanley, Introducció a les Transicions de Fase i els Fenomens Crítics (Oxford University Press, Oxford i Nova York 1971).
- ↑ Atkins, P. W. (Peter William), 1940- autor. (2017). Elements de química física. OCLC 982685277. ISBN 978-0-19-879670-1.
- ↑ “Termodinàmica de la congelació i la fusió” (és) . Nature Communications 7 (1): 12386. doi:. ISSN 2041-1723. PMID 27530064. Bibcode: 2016NatCo...712386P.
- ↑ (2008).«Chemical Principles: The Quest for Insight».W. H. Freeman and Company.
- ↑ (2000).«Termodinàmica Química: Aplicacions alvançades».Academic Press.
- 92-93.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Fusión (cambio de estado)» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.