Fusión

Fusión es el paso de una sustancia desde el estado sólido al estado líquido. El proceso inverso de la fusión se denomina solidificación o congelación.

Durante el cambio de estado no se registran variaciones de la temperatura y presión y, por tanto, los cambios de entalpía y entropía son constantes. El cambio de energía libre es cero. Durante el cambio de estado el calor absorbido se transforma en energía potencial que ayuda al trabajo de separación de las moléculas haciendo que la temperatura se mantenga constante.

El cambio de entalpía envuelto en la transición líquido a sólido se denomina entalpía de fusión también conocido como calor latente de fusión. Este calor latente hace que la fusión se clasifique como una transición del primer orden. La entalpía de fusión tiene signo positivo, mientras la entalpía de solidificación posee signo negativo, es decir, ambas magnitudes son iguales, pero de signos opuestos. La temperatura a la que se realiza la transición del estado sólido al estado líquido, se denomina temperatura de fusión y la del proceso inverso temperatura de solidificación o temperatura de congelación, siendo ambas temperaturas numéricamnete iguales. La temperatura de fusión depende de la presión y, por tanto, hay que indicar la presión cuando se reporta un valor de temperatura de fusión. Cuando la temperatura de fusión se mide a la presión de 101325 Pa o 1 atm, se habla de temperatura normal de fusión. Por ejemplo, el agua funde a la temperatura normal de fusión de 273,15K o 0ºC. Al indicar temperatura normal de fusión nos referimos a la presión de 101325 Pa. En el caso del agua, la temperatura de fusión disminuye con la presión, pero para la mayoría de los sólidos la temperatura de fusión aumenta con la presión, es decir, a una presión superior a 101325 Pa la temperatura de fusión del agua es inferior a 273,15 K, pero para el dióxido de carbono sólido es superior a 216,55 K. La temperatura normal de fusión del dióxidio de carbono es 216,55 K.
La figura muestra un diagrama de fases similar al del agua. La línea roja de la figura señala a la curva que muestra la dependencia de la presión con la temperatura para la transición sólido a líquido o viceversa. Cada punto sobre esta curva representa el equilibrio sólido-líquido, es decir, cada punto indica la presión y temperatura a la cual ocurre la transición. Nota que la pendiente de esta curva es negativa y, por tanto, al aumentar la presión disminuye la temperatura de fusión. Para otras sustancias esta curva posee pendiente positiva y, por tanto, la temperatura de fusión aumenta al aumentar la presión.

El equilibrio entre el sólido y el líquido está dado por la ecuación de Clausius-Clapeyron 

Para una fusión el cambio de entalpía es positivo, pero el cambio de volumen para el agua es negativo, debido a que el volumen del agua sólida es mayor que el volumen de agua líquida y, por tanto, la pendiente de la curva del equilibrio sólido-líquido para el agua es negativa (dP/dT es la pendiente).

En resumen, cada sustancia sólida posee, a una presión dada, una temperatura de fusión invariable o punto de fusión; durante la fusión la temperatura permanece constante y para fundir a una sustancias es necesario suministrar calor. La temperatura de fusión es una propiedad característica de la sustancia y, por tanto, puede ser utilizada para identificarla.