A fusão é um processo de transformação da matéria no estado sólido para o estado líquido. De acordo com as Leis Gerais da mudança de estado, a matéria possui três condições físicas: sólida, líquida e gasosa, que podem sofrer alterações a depender das condições de pressão e temperatura.
Essas alterações podem ser facilmente observadas no cotidiano. Por exemplo, ao colocar gelo em um copo de suco. Após alguns minutos o gelo derrete e se mistura ao suco. Essa situação é um claro exemplo de fusão, onde houve a transformação da matéria (água) do estado sólido (cubo de gelo) para o estado líquido.
Além da fusão existem outros quatro processos de transformação física da matéria, são eles:
- Solidificação (líquido -> sólido);
- Vaporização (líquido -> gasoso);
- Sublimação (gasoso -> sólido);
- Condensação ou liquefação (gasoso -> líquido).
Leis Gerais de mudança de estado
1ªlei: se a pressão for mantida constante, durante a mudança de estado a temperatura se mantêm constante.
Interpretação: quando ocorre uma mudança de estado, consequentemente, não ocorrerá variação de temperatura e vice-versa. Deste modo, os dois fenômenos nunca acontecem simultaneamente.
2ª lei: para uma dada pressão, cada substância tem a sua temperatura de fusão (ou de solidificação) e a sua temperatura de ebulição (ou de liquefação).
Interpretação: tanto a temperatura de fusão como a de ebulição, em uma determinada pressão, são consideradas características das substâncias.
3ª lei: com a variação da pressão, as temperaturas de fusão e de ebulição também variam.
Interpretação: quanto maior a altitude, menor é a pressão e a temperatura de ebulição, portanto a ebulição de um líquido dependente de sua pressão.
O processo de fusão
A fusão ocorre quando uma substância, submetida a uma determinada pressão, recebe calor (energia) e sua temperatura atinge um valor. A quantidade de calor que ela irá receber para se transformar complemente em líquido depende da sua composição.
Em linhas gerais, quando uma substância está sólida apresenta uma forma bem definida. Seus átomos estão organizados em uma estrutura chamada de rede cristalina. Ao receberem calor, os átomos da substância sólida se agitam e se distanciam, consequentemente há também um aumento na temperatura.
Na medida que a energia recebida aumenta, a vibração dos átomos irá desfazer a rede cristalina e a substância passará para o estado líquido. Em substâncias puras (formada por apenas um tipo de molécula) a temperatura e a pressão se mantêm constantes.
No caso das misturas, a mudança ocorre em uma determinada faixa de temperaturas e a pressão também é mantida constante. No caso específico das misturas eutéticas, se assemelham às substâncias puras, quando a temperatura é determinada e constante. Se há variação na pressão, a temperatura de fusão sofrerá alteração.
Calor latente
O calor latente, também chamado de calor de transformação, é uma grandeza física que determina a quantidade de calor recebida ou cedida por uma substância durante o processo de mudança de estado. Essa transformação em nada altera a temperatura dela.
Ainda de acordo com o exemplo do cubo de gelo. Quando ele começa a mudar do estado sólido para o líquido, a temperatura da água se mantém a mesma nos dos estados.
O valor do calor latente varia de acordo com a composição da matéria. Abaixo os valores de algumas substâncias.
| Substância | Calor latente de fusão (cal/g) |
| Água | 80 |
| Álcool | 25 |
| Alumínio | 95 |
| Cobre | 49 |
| Ferro | 64 |
| Ouro | 15 |
| Oxigênio | 3,3 |
| Hidrogênio | 14 |
A quantidade de calor necessária para uma substância mudar de fase é dada pela seguinte fórmula:
Q = m x Lf
Q: quantidade de calor (cal ou J) | m: massa (g ou Kg) | Lf: calor latente (cal/g ou J/Kg)
O valor de calor latente pode ser negativo ou positivo. Caso a substância esteja cedendo calor, o valor será negativo (processo exotérmico), o que ocorre na solidificação e liquefação. Mas se ela estiver recebendo calor, o valor será positivo (processo endotérmico) como ocorre na fusão e na vaporização.
Pressão
A maioria das substâncias, ao receberem calor durante o processo de fusão têm seu volume expandido. Isso ocorre porque ao receberem calor, o grau de agitação térmica das partículas da substância se eleva, expandindo seu o volume.
Contudo, algumas substâncias apresentam um comportamento inverso ao de expansão durante a fusão, destacando-se a água, o bismuto de ferro e o antimônio. Á água também tem especificidades na solidificação, pois há um aumento no seu volume, o que explica o fato de uma garrafa de água fechada e cheia romper quando congela.
Nota-se também que ao sofrerem um aumento de pressão, as substâncias que têm seu volume aumentado na fusão, consequentemente têm sua temperatura de fusão (ou ponto de fusão) aumentada. O mesmo acontece com as substâncias que têm o volume reduzido, logo a temperatura de fusão diminuí.