Un ejemplo de fusión

¿Alguna vez te has preguntado cómo un sólido se derrite? La fusión es el fenómeno donde la materia cambia del estado sólido al líquido al aplicarle calor; como cuando el hielo se convierte en agua.

La fusión, analizado tanto en física como en química, altera la forma de la sustancia sin modificar su esencia.

En este artículo, exploraremos su proceso, puntos de fusión, las diferencias entre fusión y solidificación, y presentaremos numerosos ejemplos prácticos. ¡Descubre cómo la fusión impacta nuestra vida y la industria!

Contenidos mostrar

Ejemplos de fusión en la vida cotidiana

La fusión la observamos a diario en diversas situaciones cotidianas y naturales. Aquí te presentamos algunos ejemplos comunes:

1. Hielo y paletas de helado

Cuando dejamos un hielo o una paleta de helado al sol, el calor hace que pasen del estado sólido al líquido, transformándose en agua o en un líquido azucarado.

2. Nieve en primavera

Durante la primavera, el aumento de las temperaturas derrite la nieve, convirtiéndola en agua líquida.

3. Moldeo de vidrio

El vidrio se calienta hasta fundirse y se moldea en láminas o piezas decorativas.

4. Moldeo de plásticos

Los plásticos se funden para ser moldeados en una variedad de productos, desde botellas hasta componentes electrónicos.

5. Mercurio en termómetros

El mercurio se convierte en líquido a altas temperaturas, permitiendo su uso en termómetros y otros dispositivos de medición.

6. Cera de vela

Al encender una vela, la cera de parafina se derrite, manteniendo la llama encendida y proporcionando luz.

7. Caramelo líquido

El azúcar se calienta hasta fundirse, convirtiéndose en caramelo líquido utilizado en postres y dulces.

8. Fondue de queso

El queso se derrite al calentarlo, transformándose en una mezcla cremosa perfecta para fondue.

9. Grasa para cocinar

La grasa sólida, como la manteca, se convierte en líquida cuando se calienta, facilitando su uso en la cocina.

10. Deshielo de glaciares

El aumento de la temperatura global provoca el deshielo de los glaciares, convirtiendo el hielo en agua líquida.

11. Aleaciones metálicas

Varios metales se funden y combinan para formar aleaciones, mejorando sus propiedades para diversas aplicaciones.

12. Miel en agua caliente

La miel sólida se disuelve en agua caliente, transformándose en un líquido dulce.

13. Fundición de acero inoxidable

El acero inoxidable se calienta hasta fundirse, luego se moldea en chapas y otros productos.

14. Soldadura de metales

El material de soldadura se funde para unir piezas metálicas, creando uniones fuertes y duraderas.

15. Fundición de metales para crear formas complejas

Los metales, como el hierro y el aluminio, se calientan hasta alcanzar su punto de fusión, pasando de sólido a líquido para ser moldeados o combinados con otros metales.

fusion significado y ejemplos

16. Alcohol para uso antiséptico

El alcohol sólido se calienta hasta fundirse, transformándose en un líquido utilizado como antiséptico.

17. Fósforo en fertilizantes

El fósforo se funde y transforma para ser utilizado en la producción de fertilizantes, restituyendo los niveles de nutrientes en el suelo.

18. Filamentos de tungsteno

El tungsteno se calienta hasta fundirse y se usa en la fabricación de filamentos para lámparas.

19. Mantequilla para cocinar

La mantequilla sólida se derrite cuando se calienta, siendo utilizada en diversas recetas.

20. Fusión de chocolate

El chocolate sólido se derrite al calentarse, usándose para hacer coberturas y rellenos en repostería.

21. Patinaje sobre hielo

La fricción y la presión del patinaje derriten la capa superior del hielo, creando una fina capa de agua que facilita el deslizamiento​.

22. Creación de superaleaciones

Superaleaciones, como las usadas en motores a reacción, se producen mediante procesos especializados de fusión bajo vacío.

23. Bombillas de luz

El filamento de tungsteno en las bombillas se calienta hasta alcanzar temperaturas extremas, lo que produce luz sin derretirse debido a su alto punto de fusión​.

24. Uso en la industria farmacéutica

En la industria farmacéutica, se controlan los puntos de fusión de los ingredientes activos para asegurar una liberación óptima del medicamento​​.

25. Almacenamiento de energía

Los materiales de cambio de fase, utilizados en el almacenamiento de energía térmica, se basan en la fusión para mantener temperaturas constantes.

26. Conservación

La cera, con puntos de fusión específicos, se usa en la creación y restauración de esculturas​.

27. Fabricación de polímeros

La fusión de polímeros y termoplásticos permite la creación de productos diversos, desde empaques flexibles hasta dispositivos médicos duraderos.

28. Aplicaciones en la automoción

La fusión de materiales para componentes del motor y lubricantes optimiza el rendimiento y la eficiencia de los vehículos.

29. Exploración espacial

Los sistemas de protección térmica en naves espaciales se diseñan con materiales que tienen puntos de fusión precisos para soportar las temperaturas extremas del reingreso atmosférico​.

30. Control del clima

El derretimiento de los casquetes polares y glaciares debido al cambio climático tiene un impacto significativo en el nivel del mar y en los ecosistemas globales.

¿Qué es la fusión?

de solido a liquido

La fusión ocurre cuando una sustancia sólida absorbe suficiente energía térmica (calor) para romper las fuerzas que mantienen unidas sus moléculas en un estado sólido.

A la temperatura específica donde esto sucede, conocida como punto de fusión, el sólido comienza a convertirse en líquido sin que su temperatura aumente durante el proceso.

Este calor absorbido sin cambio de temperatura se llama calor latente de fusión.

Proceso de fundición o derretimiento

Para que una sustancia sólida pase al estado líquido, es necesario suministrar energía a sus partículas.

La energía dotada se convertirá en energía cinética, que provoca una mayor agitación entre las partículas y, en consecuencia, una mayor distancia entre ellas.

Esto es lo que caracteriza el estado líquido, en donde las fuerzas de atracción no son tan fuertes como en el estado sólido.

Ejemplo común: fusión del hielo

Uno de los ejemplos más comunes de fusión es la transformación del hielo en agua:

  1. Calentamiento Inicial: Cuando se calienta el hielo desde una temperatura inferior a 0°C, su temperatura aumenta hasta llegar a 0°C.
  2. Comienzo de la fusión: Al alcanzar los 0°C, el hielo empieza a derretirse, absorbiendo calor sin que la temperatura cambie, hasta que todo el hielo se haya convertido en agua.
  3. Calentamiento del Agua: Una vez que todo el hielo se ha derretido, el agua resultante empieza a calentarse de nuevo.

Punto de fusión de distintos materiales

El punto de fusión es la temperatura a la cual un sólido se convierte en líquido bajo una presión específica. Este punto es característico de cada sustancia y es un indicador importante de su pureza.

Los sólidos cristalinos, como el hielo, tienen un punto de fusión definido, mientras que los sólidos amorfos, como el vidrio, se funden en un rango de temperaturas. Como mencionamos, el hielo (agua pura) se funde a 0°C a una atmósfera de presión.

El punto de fusión puede variar con la presión; generalmente, aumentar la presión eleva el punto de fusión, aunque el agua es una excepción notable, donde un aumento de presión disminuye su punto de fusión.

Ejemplos de temperatura de fusión o puntos de fusión

MaterialPunto de fusión (°C)
Hidrógeno-259.2°C
Helio-272.2°C
Nitrógeno-210°C
Oxígeno-218.8°C
Flúor-219.6°C
Neón-248.6°C
Agua sólida0°C
Etanol-114.1°C
Éter etílico-116.3°C
Fósforo44.1°C
Potasio63.5°C
Arsénico816.8°C
Aluminio660.3°C
Plata961.8°C
Oro1064°C
Cobre1085°C
Hierro1538°C
Sacarosa186°C
Acero inoxidable1430°C
Tungsteno3422°C
Silicio (arena)1414°C
Magnesio650°C
Zinc419.5°C
Plomo27.5°C
Níquel1455°C

Fusión y Solidificación: procesos físicos opuestos

La fusión y la solidificación son dos procesos físicos opuestos que transforman la materia entre estados sólidos y líquidos, esenciales para entender muchos fenómenos naturales y aplicaciones industriales.

Definamos nuevamente fusión:

La fusión es el proceso por el cual un sólido se convierte en líquido al absorber calor. Durante la fusión, la temperatura del sólido se mantiene constante en el punto de fusión hasta que todo el material ha cambiado de fase.

El calor requerido para este proceso se conoce como calor latente de fusión.

Ejemplo simple de fusión:

  • Hielo derritiéndose: Al calentar el hielo, se convierte en agua líquida a los 0°C, absorbiendo calor sin cambiar su temperatura hasta que todo el hielo se ha derretido.

Ahora definamos solidificación:

La solidificación es el proceso inverso a la fusión, donde un líquido se convierte en sólido al liberar calor. Este proceso ocurre a la misma temperatura que la fusión y también involucra el calor latente, conocido como calor latente de solidificación.

Ejemplo simple de solidificación:

  • Agua congelándose: Al enfriar el agua, se convierte en hielo a 0°C, liberando calor sin cambiar su temperatura hasta que toda el agua se ha congelado.

Características adicionales:

  1. Sólidos no cristalinos: Losmateriales como el vidrio y la cera no tienen un punto de fusión definido y se ablandan en un rango de temperaturas.
  2. Materiales orgánicos: Las sustancias como la madera y los huesos no se funden sino que se descomponen al calentarse.

Efecto de la presión en la fusión de una sustancia

La presión tiene un impacto significativo en el punto de fusión de las sustancias. Este efecto varía según la naturaleza de la materia y la relación entre sus fases sólida y líquida.

  1. Sustancias con volumen líquido mayor al sólido:
    • Para la mayoría de las sustancias, el volumen de la fase líquida es mayor que el de la fase sólida. En estos casos, un aumento de presión eleva el punto de fusión.
    • Ejemplo: Muchos metales, como el hierro, tienen un volumen mayor en su estado líquido que en su estado sólido. Aumentar la presión sobre el hierro sólido elevará su punto de fusión.
  2. Sustancias con volumen sólido mayor al líquido:
    • El agua es una notable excepción. Su volumen en estado sólido (hielo) es mayor que en estado líquido. Por lo tanto, un aumento de presión disminuye su punto de fusión.
    • Ejemplo: El hielo bajo alta presión se derrite a temperaturas más bajas. Este fenómeno es clave en el patinaje sobre hielo, donde la presión ejercida por la cuchilla del patín funde una fina capa de hielo, permitiendo deslizarse sobre una película de agua.

Explicación en termodinámica

El efecto de la presión sobre el punto de fusión se puede entender mediante el principio termodinámico de la ecuación de Clausius-Clapeyron, que describe el cambio en el punto de fusión en función de la presión:

ecuación de Clausius-Clapeyron

Donde:

  • cambio del punto de fusión con respecto a la presión es el cambio del punto de fusión con respecto a la presión.
  • 𝑇 es la temperatura de fusión.
  • VL​ y Vs​ son los volúmenes molares de las fases líquida y sólida, respectivamente.
  • 𝐿 es el calor latente de fusión.

Esta ecuación indica que el punto de fusión de una sustancia puede aumentar o disminuir con la presión, dependiendo de si el volumen molar del líquido 𝑉𝐿 es mayor o menor que el del sólido 𝑉s.

En el caso del agua, el volumen del hielo (sólido) es mayor que el del agua líquida, por lo que aumentar la presión disminuye el punto de fusión.

Un ejemplo experimental

Un experimento clásico que demuestra el efecto de la presión en la fusión del hielo es el uso de una cuerda delgada y pesada colocada sobre un bloque de hielo.

La alta presión ejercida por la cuerda hace que el hielo se derrita localmente, permitiendo que la cuerda pase a través del bloque sin dividirlo.

Una vez que la cuerda ha pasado, el agua resultante de la fusión se congela de nuevo al alivio de la presión, mostrando cómo la presión puede inducir la fusión y solidificación del hielo.

Notas importantes

  • Fusión en sustancias comunes: No todas las sustancias se funden de la misma manera. Por ejemplo, materiales orgánicos como la madera y los huesos no se funden; se descomponen con el calor.
  • Experimento con hielo y presión: Ten en cuenta que si se coloca una cuerda delgada y pesada sobre un bloque de hielo, la presión ejercida por la cuerda puede hacer que el hielo se derrita y la cuerda atraviese el bloque sin dividirlo.