Qual é o conceito de fusão?
A fusão é um dos processos de mudança de estado físico da matéria. Nesse processo, ocorre a mudança do estado sólido para o estado líquido.
Essa mudança acontece ao aplicar uma determinada pressão sobre a matéria que passa a receber calor provocando o aumento da temperatura até que se atinja o ponto de fusão da substância.
Processo de fusão
Quando a substância se encontra no estado sólido, seus átomos estão organizados de maneira coesa e de modo ordenado, formando uma rede cristalina.
Ao receber energia, esses átomos aumentam a sua vibração e por isso, a sua temperatura também aumenta. Esse fato se deve à transformação da energia recebida em forma de calor em energia cinética que promove a vibração das moléculas. Essa vibração desfaz a rede cristalina e a substância passa ao estado líquido.
Leis da Fusão
Uma substância cristalina segue algumas leis durante o processo de fusão.
- Ao manter a pressão constante, a temperatura durante o processo também será constante;
- A quantidade de calor por unidade de massa é conhecida como calor latente, sendo específica de cada substância;
- A temperatura de fusão é característica de cada substância.
Essas leis também se aplicam às substâncias puras. Em alguns tipos de misturas, o ponto de fusão, mesmo sob pressão constante, não ocorre em uma temperatura fia e sim, num intervalo de temperaturas.
Calor latente
O calor latente é a quantidade de calor necessária para uma substância mudar o seu estado físico de acordo com a sua massa, sendo calculado por meio de uma razão entre a quantidade de calor que a substância precisa ganhar ou perder sobre o valor da massa.
Nessa fórmula, não se utiliza a temperatura, uma vez que, a temperatura permanece constante durante o processo e o calor recebido é utilizado para a quebra da organização das moléculas no estado sólido.
Lf (cal/ g) = Q (cal)/ m (g) → Q = Lf/ m
Sando Lf o calor latente, m a massa da substância e Q o calor recebido ou perdido durante o processo.
O valor do calor latente depende do tipo de matéria, sendo específico para cada substância, como mostrado pela tabela:
| Substância | Calor latente (cal/g) |
| Água | 80 |
| Álcool | 25 |
| Ferro | 64 |
| Hidrogênio | 14 |
| Oxigênio | 3,3 |
Ponto de fusão
O ponto de fusão (Pf) é utilizado para verificar em qual temperatura o processo de fusão ou solidificação está ocorrendo e assim prever, quando as condições que a substância está em determinado estado físico.
Logo, o Pf é uma temperatura característica na qual determinada substância sofre fusão (aquecimento) ou solidificação (resfriamento).
Pressão
No processo de fusão, em geral, as substâncias apresentam aumento de volume. Essas substâncias, sob um aumento de pressão, apresentam aumento na temperatura de fusão.
No entanto, algumas substâncias passam pelo processo contrário sob aumento de pressão, ou seja, que diminuem seu volume e seu Pf.
Curvas de aquecimento e resfriamento
As curvas de aquecimento e resfriamento são utilizadas como um registro gráfico das temperaturas ao longo do tempo durante uma mudança de estado físico. Ou seja, elas são responsáveis por mostrar a variação de temperatura conforme a substância vai alterando seu estado físico.
Quando a análise está relacionada ao ganho de energia, a curva utilizada é a de aquecimento. No processo de perda de energia, utiliza-se a curva de resfriamento.
Exemplos de fusão
Fusão da água
A água apresenta ponto de fusão a 0oC sob pressão de 1 atm. Ao deixar um cubo de gelo sobre uma mesa em calor ambiente, lentamente o cubo de gelo passará a derreter. Ou seja, ocorreu a passagem do estado sólido para o líquido. Isso acontece devido ao ganho de energia ocorrido com o gelo que em determinado momento, atingiu sua temperatura ideal de derretimento.
Por exemplo, um bloco de gelo com massa de 200 g precisa de qual quantidade de energia para se fundir? Para essa determinação, utiliza-se o calor latente apresentado na Tabela.
Desse modo:
Q = Lf/ m
Q = 80 (cal/g) / 200 g = 0,4 cal
A água é uma das substâncias que diminui seu volume ao se fundir. Sob o aumento de pressão, seu Pf tenderá a diminuir.
Fusão do ferro
O ponto de fusão do ferro é igual a 1538oC.
O que acontece no ferro fundido é o processo de fusão das ligas de ferro com composições químicas adequadas para determinadas aplicações. Após esse processo, o ferro passa pela etapa de vazamento em que é adicionado em moldes e machos, preenchendo toda a estrutura e formando a peça desejada.
