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Características de fusión Guía

FísicaPrincipianteTiempo de lectura: 3 min

Resumen

El helado se derrite, el acero se derrite y las velas también se derriten. El cambio de una sustancia de sólido a líquido se llama "Fusión" (Melting). Sin embargo, ¿has notado que cuando el Hipo (tiosulfato de sodio) se derrite, la temperatura se mantiene fija en 48∘C48^\circ\text{C}, mientras que la parafina se calienta más y se vuelve más líquida a medida que se quema? Este experimento utiliza el método clásico de calentamiento al "baño María" para mostrarte las diferencias esenciales entre sustancias cristalinas y amorfas durante el proceso de fusión.

Antecedentes

El estudio sistemático de los fenómenos de fusión comenzó en el siglo XVIII. En 1761, el químico escocés Joseph Black propuso por primera vez el concepto de "Calor Latente". Descubrió que, aunque el hielo sigue absorbiendo calor durante la fusión, su temperatura permanece constante: este calor está "oculto" para romper la estructura cristalina. En el siglo XIX, los científicos revelaron además la disposición regular de los átomos dentro de los cristales mediante la tecnología de difracción de rayos X, explicando por qué los cristales tienen un punto de fusión fijo, mientras que la disposición atómica de sustancias amorfas como el vidrio y el asfalto es desordenada, por lo que no hay una temperatura de cambio de fase clara. Este descubrimiento no solo profundizó nuestra comprensión de la estructura microscópica de la materia, sino que también sentó las bases de la ciencia de materiales moderna.

Conceptos clave

Cristalino (Crystalline)

Sólidos con una disposición interna regular de partículas y puntos de fusión fijos. Ejemplos comunes incluyen hielo, sal de mesa, hipo y metales.

Amorfo (Amorphous)

Sólidos con una disposición interna desordenada de partículas y sin puntos de fusión fijos. Ejemplos comunes incluyen parafina, vidrio, colofonia y asfalto.

Punto de Fusión (Melting Point)

El valor de temperatura específico que un cristal mantiene durante el proceso de fusión.

Fórmulas y derivación

Relación de Absorción de Calor

Q=mcΔtQ = mc\Delta t
Antes y después de la fusión completa, absorber calor hace que la temperatura suba. Sin embargo, durante el proceso de fusión, el calor absorbido por el cristal se utiliza para destruir la estructura de la red en lugar de aumentar la energía cinética de las moléculas, por lo que la temperatura no aumenta.

Pasos del experimento

  1. 1

    Seleccionar Objeto del Experimento

    Primero, selecciona "Hipo". Ten en cuenta que el estado inicial son gránulos sólidos alrededor de 20∘C20^\circ\text{C}. El uso de un baño María evita el sobrecalentamiento local.
  2. 2

    Comenzar Calentamiento y Observar Curva

    Haz clic en "Comenzar Calentamiento". Observa cuidadosamente la tendencia de la curva temperatura-tiempo y los cambios en la apariencia del hipo. ¿Qué sucede con el estado del hipo cuando la temperatura sube a cierto valor?
  3. 3

    Analizar Características de la Curva

    Continúa observando la curva temperatura-tiempo. ¿La curva siempre sube? Si aparece una meseta, ¿en qué estado se encuentra el hipo? ¿Cuáles son las características de la temperatura?
  4. 4

    Comparar con Amorfo

    Reinicia el experimento y cambia a "Parafina". Haz clic en calentar y compara cómo difiere la curva temperatura-tiempo de la parafina con la del hipo. ¿Cuál es el cambio de estado de la parafina durante el proceso de calentamiento?

Resultados del aprendizaje

  • Resumir las condiciones para la fusión de cristales: alcanzar el punto de fusión + continuar absorbiendo calor.
  • Comprender el hecho físico de que los cristales mantienen una temperatura constante mientras absorben calor durante la fusión.
  • Aprender a describir el fenómeno físico de "aumento de temperatura y ablandamiento" durante la fusión amorfa.
  • Dominar el propósito del método de calentamiento al baño María y los detalles del uso de termómetros.

Aplicaciones reales

  • Fabricación de acero: Utilizar la propiedad de que el hierro es un cristal para controlar la temperatura del horno para una fusión precisa.
  • Fundición: Utilizar la propiedad de que el metal líquido se enfría y solidifica nuevamente en cristales.
  • Procesamiento de vidrio: Utilizar la propiedad de que el vidrio es amorfo y no tiene un punto de fusión fijo para estirarlo y soplarlo en piezas de arte mientras se ablanda.

Errores comunes

Error
Cuando el hipo alcanza los 48∘C48^\circ\text{C}, se derretirá completamente de inmediato.
Correcto
No necesariamente. También necesita absorber calor continuamente del entorno. Si la temperatura ambiente también es de 48∘C48^\circ\text{C}, el hipo no puede derretirse.
Error
Los cristales solo pueden estar en estado líquido a la temperatura del punto de fusión.
Correcto
Falso. En el punto de fusión, un cristal puede ser sólido (acaba de alcanzar el punto de fusión), líquido (acaba de derretirse completamente) o un estado de coexistencia sólido-líquido.

Lectura adicional

¿Listo para empezar?

Ahora que entiendes lo básico, ¡comienza el experimento interactivo!

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