En el campo de la física, existen diversos conceptos, que nos permiten conocer la naturaleza y comportamiento de fenómenos que nos rodean en nuestra vida diaria.
Tales conceptos, a su vez, ayudan a que la tecnología avance, y por ende generar soluciones que mejoren nuestra calidad de vida, mediante el diseño y fabricación de máquinas y herramientas.
En tal sentido, a continuación profundizaremos respecto al concepto de punto de fusión, siendo que describiremos: su concepto, valores de ejemplo de los puntos de fusión, medición del punto de fusión, entre otros aspectos.
Concepto de Punto de Fusión
El punto de fusión, es una magnitud física, que indica la temperatura a la cual una sustancia o materia cambia de estado sólido a estado líquido. En dicho punto, la fase líquida y sólida existe en un equilibrio termodinámico.
Para determinar el punto de fusión de la materia, es necesario tomar en cuenta la presión, siendo que por lo general, tal punto se considera a una presión normal, como 100 kpa o 1 atmósfera.
Esta propiedad de la materia para alcanzar su fundición o punto de fusión, es de tipo intensivo, ya que es independiente tanto de su tamaño como de su masa.
Se ha comprobado que las mezclas (o sustancias impuras) poseen puntos de fusión inferiores que aquellas sustancias puras. Inclusive, en el caso de las sustancias puras, se presentan variaciones menores en los puntos de fusión que cuando se trata de sustancia impuras o mezclas.
Dicho de otra forma, las mezclas tienen menor punto de fusión que aquellos elementos individuales que la conforman.
Así mismo, en las mezclas de sólidos; existe lo se conoce como “punto eutéctico” que se refiere a la temperatura mínima, a la cual se funden este tipo de mezclas.
De forma análoga, el punto de fusión disminuirá a medida que la materia o alguna sustancia posean mayor grado de mezclas.
Lo anterior, puede servir como punto de partida para determinar el grado de pureza de ciertos materiales.
Al contrario del punto de ebullición, el punto de fusión tiene menos afectación de parte de la presión.
Como dato resaltante y de referencia, podemos indicar que la temperatura a la cual se produce el proceso inverso (de líquido a sólido), se le denomina punto de congelación o de cristalización.
Otra forma de entender el punto de fusión, es que el mismo se presente durante el proceso de introducir cierta cantidad de energía calórica a una sustancia o un determinado sistema.
Lo anterior, se traduce en que los átomos tengan mayor velocidad en sus movimientos, lo cual hará que se incrementen los choques entre los mismos, causando el rompimiento de su estructura rígida y por ende se produzca un fluido.
Esta dato de punto de fusión, es vital conocerlo en muchos sectores industriales, tal es el caso de la metalurgia, donde los metales se funden para moldearlos en una forma requerida, y posteriormente que recuperen su forma sólida.
Algunos valores de ejemplo de Puntos de Fusión
Para tener una noción más aproximada de las temperaturas de fusión de ciertos elementos, podemos indicar los siguientes ejemplos:
- Para el mercurio es de -38,83 °C
- Para el agar es de 85 °C
- Para el agua es de 0 °C
- Para el hierro es de 1811 °C
- Para el zinc es de 692,88 °C
- Para el oro es de 1337,33 °C
- Para el Plomo es de 600,61 °C
- Para el Platino es de 2041,4 °C.
- Para el aluminio es de 933,47 °C.
- Para el carbono es de 3800 °C.
Los presentes valores de punto de fusión, así como de otros materiales o elementos, revisten especial importancia al momento de realizar consideraciones o diseños de procesos de manufactura para partes y piezas.
En tales procesos, se consideraran procesos térmicos y máquinas que aseguren alcanzar determinadas temperatura de fusión, y poder completar ciertas operaciones de moldeo o de transformación de materias primas hasta alcanzar el producto terminado.
Medición del Punto de Fusión
En la práctica, podemos encontrar diversas técnicas de laboratorio para medir, de forma precisa, los puntos de fusión de la materia.
Ejemplo de ello es un banco Kofler, el cual consiste en una tira metálica, con un gradiente de temperatura que oscila entre la temperatura ambiente hasta los 3000 °C.
Para usar el banco kofler, la sustancia se coloca en una sección de la tira metálica, y se mostrará su comportamiento térmico bajo temperatura de dicha sección.
Es posible obtener información relacionada al punto de fusión en conjunto con su entalpía, gracias a la calorimetría diferencial de barrido.
Otra forma sencilla para medir el punto de fusión en sólidos cristalinos, es usando un tubo de Thiele, que consiste en un baño de aceite que cuenta con una ventana transparente; y el uso de una simple lupa.
En este caso, los granos de un sólido, son colocados en un tubo de vidrio de poco espesor, y posteriormente se sumerge en el baño de aceite. Luego se calienta el baño de aceite (y agitarlo) y usando la lupa (con una fuente externa de luz) se podrá observar el proceso de fusión de los cristales individuales, al tener una determinada temperatura.
En el caso anterior, tanto para dispositivos pequeños o grandes, la muestra del material se puede colocar sobre un bloque de calefacción, logrando automatizar el proceso de detección óptica.
Por otra parte, el proceso de medición del punto de fusión, también se puede llevar a cabo durante la ejecución de un proceso productivo, donde de alguna u otra forma intervengan operaciones térmicas.
Ejemplo de ello, bien puede ser cuando en las refinerías de petróleo, se mide el punto de congelación del combustible diésel en línea, por lo que la muestra es tomada directamente del proceso y se determina automáticamente la temperatura a la cual la sustancia cambio de estado.
Esto nos permite tener mediciones con mayor frecuencia, sin necesidad de recolectar manualmente la muestra y tener que llevarla a un laboratorio separado del proceso productivo.
Está práctica, por tener mayor frecuencia de mediciones, permiten que el estudio estadístico de las muestras tenga mayor confiabilidad y se puede determinar el punto de fusión con el menor grado de variación posible.
