Fusión

El derretimiento de cubos de hielo ilustran el proceso de fusión.

Derretimiento, o fusión, es un proceso físico que resulta en la transición de fase de una sustancia de un sólido a un líquido. Esto ocurre cuándo aumenta la energía interna de los sólidos, típicamente por la aplicación de calor o presión, el cual aumenta la temperatura de la sustancia al punto de fusión. En el punto de fusión, el orden de iones o moléculas en los sólidos se devienen a un estado menos ordenado, y el sólido se funde para volverse un líquido.

Sustancias en el estado fundido generalmente han reducido viscosidad con el aumento de temperatura. Una excepción a este principio es el azufre elemento, cuyos aumentos de viscosidad son debidos a la polimerización, para disminuir con temperaturas más altas en su estado fundido.​

Algunos compuestos orgánicos funden a través de mesofases, estados de orden parcial entre sólido y líquido.

Fusión como una fase de transición de primer orden

De un punto de vista de termodinámica, en el punto de fusión el cambio en la energía libre de Gibbs ∆G de las sustancias es cero, pero hay cambios en la entalpía (H) y la entropía (S), conocidos respectivamente como la entalpía de fusión (o calor latente de fusión) y la entropía de fusión. La fusión por tanto es clasificado como transición de fase de primer orden. La fusión ocurre cuándo la energía libre de Gibbs del líquido es más baja que la del sólido para el material. La temperatura en qué esto ocurre es dependiente en la presión ambiental.

El helio a baja temperatura es la única excepción conocida a la regla general.​ El Helio-3 tiene una entalpía negativa de fusión en temperaturas menores a 0.3 K. El Helio-4 también tiene una entalpía ligeramente negativa de fusión abajo 0.8 K. Esto significa que, en presiones constantes apropiadas, el calor tiene que ser sacado de estas sustancias para fundirlas.​

Criterios de fusión

Entre los criterios teóricos para la fusión, los criterios de Lindemann​ y Born​ son los más frecuentemente utilizados como base para analizar las condiciones de fundir . El criterio de Lindemann declara que la fusión ocurre debido a una inestabilidad vibracional, por ejemplo, los cristales se funden cuándo la amplitud media de las vibraciones térmicas de átomos es relativamente alto comparada con distancias interatómicas, p. ej. <δu2>1/2 > δLRs, donde δu es el desplazamiento atómico, el parámetro Lindemann δL ≈ 0.20...0.25 y Rs es un medio de la distancia interatómica.​ El criterio de Lindemann de fusión esta basado en datos experimentales para materiales cristalinos y para transiciones líquidas en materiales amorfos. El criterio de Born está basado en la catástrofe de rigidez causado por el desaparición módulo de esfuerzo elástico, p. ej. cuándo el cristal ya no tiene rigidez suficiente para resistir una carga mecánica.​

Sobreenfriamiento

Bajo condiciones estándar, el punto de fusión de una sustancia es una propiedad característica. El punto de fusión es a menudo igual al punto de congelación. Aun así, bajo ciertas condiciones puede ocurrir superenfriamiento o supercalentamiento pasando el punto de fusión o el punto de congelación puede ocurrir. Agua en un vaso con una superficie muy limpia  a menudo se superenfría varios grados bajo el punto de congelación sin congelarse. Emulsiones finas de agua pura han sido enfriadas a −38 grados Celsius sin nucleación para formar hielo. La nucleación ocurre debido a fluctuaciones en las propiedades del material. Si el material está mantenido todavía hay a menudo nada (#un vibración tan física) para provocar este cambio, y supercooling (o superheating) puede ocurrir. Termodinámicamente, el líquido superenfriado está en el estado metaestable con respecto a la fase cristalina, y probablemente puede cristalizarse de repente.

Fundido de sólidos amorfos (vidrios)

Los vidrios son sólidos amorfos los que normalmente son fabricados cuándo el material fundido se enfría muy rápidamente por debajo de su temperatura de transición vítrea, sin tiempo suficiente para un enrejado de cristal regular para formar. Los sólidos están caracterizados por un grado alto de conectividad entre sus moléculas, y los fluidos tienen una conectividad más baja de sus bloques estructurales. Fundir un material sólido también puede considerarse como una filtración a través de las conexiones rotas entre partículas.​ En esta aproximación la fundición de un material amorfo ocurre cuándo los vínculos rotos forman un grupo de filtración con Tg dependiente de parámetros en quasi-equilibrio termodinámico de vinculación: entalpía (Hd) y entropía (Sd) de formación de vínculos en un sistema dado en condiciones dadas:​

${\displaystyle }$

Dónde fc es el umbral de filtración y R es la constante universal de los gases. A pesar de que Hd y Sd no son verdaderos parámetros termodinámicos del equilibrio y pueden depender del índice de enfriamiento de un fusión pueden ser encontrados desde los dato experimental disponibles sobre la viscosidad de materiales amorfos.

Incluso bajo su punto de fusión, las películas quasi-líquidas pueden ser observadas en superficies cristalinas. El grosor de la película es función de la temperatura. Este efecto es común para todos los materiales cristalinos. La pre-fusión muestra sus efectos en por ejemplo durante las heladas, el crecimiento de los copos de nieve y quizás incluso en el movimiento de glaciares.

Conceptos relacionados|

En genética, fundir ADN significa separar la doble-hélice ADN a dos hebras individuales por calentamiento o el uso de agentes químicos, conocido como reacción en cadena de la polimerasa.

Ver también

• Lista de los elementos químicos que proporcionan los puntos de fusión 
•  Diagramas de fase

Referencias

Transiciones de fase de asunto

		A
		Sólido	Líquido	Gasista
De	Sólido	—	Fundiendo	Sublimación
	Líquido	Helado	—	Vaporización
	Gasista	Deposición	Condensación	—