O derretimento do gelo é um exemplo de transformação física da matéria
A fusão é a transformação física da matéria do seu estado sólido para o estado líquido. Esse processo ocorre quando a matéria é submetida a uma determinada pressão, que recebe calor (energia) e sua temperatura alcança um valor.
Ao colocar um cubo de gelo no copo de suco, após algum tempo é possível observar que lentamente o gelo se derreteu e se mistura ao suco, ou seja, aconteceu uma fusão. Nesse exemplo houve a transformação da matéria (água) do estado sólido (cubo de gelo) para o estado líquido.
O derretimento do gelo é um processo de fusão. (Foto: PxHere)
Além da fusão existem outros processos de transformação física da matéria, são eles: solidificação (líquido -> sólido), vaporização (líquido -> gasoso), sublimação (gasoso -> sólido) e condensação ou liquefação (gasoso -> líquido).
O processo de fusão
Uma substância quando está no estado sólido apresenta uma forma bem coesa, cujos átomos estão organizados em uma estrutura chamada de rede cristalina. Para que ocorra o processo de fusão é necessário que a substância receba energia.
A energia recebida será convertida em energia cinética (associada ao movimento) e provocará a vibração e o aumento da temperatura dos átomos da substância. À medida que recebe energia, a vibração dos átomos provoca a quebra dessa rede cristalina, caracterizando o estado líquido.
No caso das substâncias puras (formada por apenas um tipo de molécula) uma certa temperatura se mantém constante durante toda a transformação. Já as misturas, a mudança ocorrerá em uma determinada faixa ou intervalo de temperaturas. Em ambas, a pressão é mantida constante.
Especificamente as misturas eutéticas (semelhantes às substâncias puras, quando a temperatura é determinada e constante), com a variação da pressão, a temperatura consequentemente sofrerá alteração.
Calor latente
O calor latente, também chamado de calor de transformação, estabelece a quantidade de calor necessária para um substância mudar de estado físico de acordo com sua massa. Até atingir o valor ideal, o calor cedido é utilizado para romper a rede cristalina.
Para calcular o valor do calor latente (Lf), basta dividir a quantidade de calor (Q) que a substância precisa ganhar ou perder para mudar de fase pela sua própria massa (m):
Lf= Q/ m --> Q = m x Lf
A unidade de medida do calor (Q) é em calorias (cal) ou joules (J); a da massa (m) em gramas (g) ou quilogramas (Kg) e calor latente (Lf) e o resultado do calor latente sempre representado em (cal/g) ou (J/Kg).
A fórmula não leva em consideração a variação de temperatura. Isso porque toda a quantidade de calor recebida é utilizada para a quebra da rede cristalina, logo a temperatura permanece constante durante todo o processo.
Cada substância possui um valor de calor latente, que varia de acordo com sua composição. Abaixo os valores de algumas substâncias:
| Substância | Calor latente de fusão (cal/g) |
| Água | 80 |
| Álcool | 25 |
| Cobre | 49 |
| Enxofre | 119 |
| Mercúrio | 2,7 |
| Prata | 21 |
| Oxigênio | 3,3 |
| Ouro | 15 |
Aplicação:
Qual a quantidade de calor necessária para fundir totalmente 200 g de prata?
O calor latente de fusão da prata é igual a 21 cal/g, assim teremos:
Q = m x Lf
Q = 200x21 = 4.200 cal ou 4,2 kcal
O valor de calor latente pode ser representado por um número negativo ou positivo. Caso a substância esteja recebendo calor, o valor será positivo (processo endotérmico), o que ocorre na fusão e na vaporização. Mas se ela estiver cedendo calor, o valor será negativo (processo exotérmico) como ocorre na solidificação e liquefação.
Pressão
Quando uma substância passa pelo processo de fusão, geralmente tem o seu volume aumentado. Isso ocorre porque ao receber calor, o grau de agitação térmica das partículas da substância se eleva, expandindo seu o volume.
No entanto, observa-se também que ao sofrerem um aumento de pressão, as substâncias que têm seu volume aumentado na fusão têm sua temperatura de fusão elevada; e as que têm o volume reduzido, têm a temperatura de fusão diminuída.
Á água também tem especificidades no processo de solidificação. O que explica o fato de uma garrafa fechada e cheia da água romper no congelador.
Curva de aquecimento
As curvas de aquecimento ou de resfriamento mostram a variação da temperatura com o tempo na medida que a substância vai perdendo ou ganhando energia, alterando seu estado físico. No caso do ganho de calor, como acontece na fusão, a curva será denominada de aquecimento.