Punto di fusione e pressione: 5 fatti che dovresti sapere

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Ci sono così tante domande come come la pressione è correlata al punto di fusione? Perché influisce sul punto di fusione? Risponderemo a tutti questi.

La temperatura specifica alla quale un solido si trasforma in liquido è nota come punto di fusione. Poiché una sostanza ha una densità maggiore allo stato solido rispetto alla densità allo stato liquido, quindi nella maggior parte dei casi si osserva che il punto di fusione aumenta all'aumentare della temperatura.

Ma l'acqua mostra un'eccezione a questo. In caso di acqua quando la pressione aumenta il punto di fusione del ghiaccio diminuisce. Il calore deve essere fornito a un solido per liquefarlo. Questo calore è riferito al calore di fusione. Il punto di fusione di un solido mostra che la variazione dell'energia libera di Gibbs è zero.

Ma i valori di variazione di entalpia(∆H) e variazione di entropia(∆S) sono in aumento(∆G=0,∆H>0,∆S>0). La condizione per la fusione di un solido è che la sua energia libera di gibb nella fase solida dovrebbe essere maggiore dell'energia libera di gibb nella fase liquida. Termodinamicamente,

∆S= ∆H/T dove T indica la temperatura del punto di fusione

Punto di fusione e relazione di pressione

Esiste una relazione comune tra punto di fusione e pressione, ovvero il punto di fusione è direttamente proporzionale alla pressione nel caso della maggior parte dei materiali. Un motivo molto comune alla base è quando la pressione viene applicata a un materiale solido lo rende più denso e compatto in natura.

Quindi ha bisogno di più energia per essere sciolto. Significa che anche la temperatura responsabile della fusione di quel solido deve essere aumentata. Ciò significa che aumenta anche il punto di fusione di quel materiale.

Il punto di fusione cambia con la pressione e come?

C'è un principio di LeChatelier che si occupa della pressione che è lo stato fisico esterno della materia. Afferma che quando uno stato fisico esterno di una materia cambia, avrà la tendenza a porre fine all'equilibrio del sistema.

Quindi il sistema cerca di abituarsi ai cambiamenti che si sono verificati. Quando una sostanza solida viene riscaldata, le sue molecole si allontanano l'una dall'altra.

Quando lo spazio intermolecolare tra le molecole aumenta a causa della diminuzione della forza di attrazione intermolecolare, il solido si trasforma nello stato liquido. In caso di ghiaccio, quando viene riscaldato, si scioglie in acqua.

Quindi il principio di LeChatelior può aiutarci a capire come l'effetto della pressione sul ghiaccio possa modificare il punto di fusione. L'equilibrio sarà acquisito dal sistema di acqua ghiacciata nel punto più basso man mano che la pressione sul ghiaccio aumenta. Sappiamo tutti che il volume del ghiaccio è inferiore al volume del ghiaccio. Quindi il ghiaccio occupa meno spazio dell'acqua.

C'è una relazione inversa tra la pressione e il punto di fusione del ghiaccio che è nota a tutti. Quindi quando la pressione sul ghiaccio aumenta, il suo volume diminuisce di più. Quindi anche il punto di fusione del ghiaccio diminuisce. Significa che nel caso di un sistema ad acqua ghiacciata il punto di fusione è inversamente proporzionale alla pressione.

Perché la pressione influisce sul punto di fusione?

Attraverso l'aiuto di un diagramma di fase possiamo descrivere il motivo della pressione che influenza il punto di fusione di un solido. Questo diagramma ci aiuterà a mostrare la dipendenza della transizione dalla temperatura e dalla pressione sia.

punto di fusione e pressione
Diagramma di fase dell'acqua da wikipedia

Nel diagramma la fase gassosa rimane nella parte inferiore dove la pressione rimane bassa. La fase solida rimane nella parte sinistra del diagramma dove la temperatura è bassa e il liquido rimane tra la fase solida e quella gassosa.

Punto triplo indica un punto in cui le fasi solida, liquida e gassosa rimangono in equilibrio. La fase liquida rimane stabile a questo punto. Il punto di fusione della maggior parte dei solidi è indicato dalla linea verde continua nel diagramma.

La dipendenza del punto di fusione dalla pressione è molto inferiore alla dipendenza del punto di ebollizione dalla pressione. Ciò accade perché la variazione di volume nella transizione da solido a liquido è molto insignificante.

Quando la pressione aumenta, aumenta anche il punto di fusione poiché la maggior parte dei liquidi ha una densità inferiore rispetto ai solidi.

La linea verde tratteggiata in alto il diagramma di fase indica il punto di fusione d'acqua. Il caso dell'acqua è un'eccezione poiché l'acqua è più densa del ghiaccio. L'aumento della pressione determina una diminuzione del punto di fusione del ghiaccio.

Rapporto tra pressione di vapore e punto di fusione

Il punto di fusione di un solido e la sua tensione di vapore mantengono una relazione positiva tra di loro. Significa che quando la pressione del vapore aumenta, aumenta anche il punto di fusione di un solido.

Relazione tra pressione atmosferica e punto di fusione

La relazione tra la pressione atmosferica e il punto di fusione è positiva. Significa che l'incremento di pressione su un solido porta un incremento del punto di fusione di quel solido. Sappiamo tutti che quando un solido si trasforma in liquido acquista più volume.

Allo stato liquido la forza di attrazione intermolecolare tra le molecole diminuisce quindi lo spazio intermolecolare tra le molecole aumenta. Questo a sua volta aumenta il volume.

Quindi, se viene applicata pressione a un solido, diventa più difficile che passi allo stato liquido poiché la pressione rende la struttura del solido più compatta e più densa. Quindi diventa difficile superare la forza di attrazione intermolecolare e liquefarsi.

Questo è il motivo per cui il il punto di fusione aumenta quando la pressione è aumentata.

Relazione tra pressione e punto di fusione del ghiaccio

Il sistema dell'acqua ghiacciata mostra un'eccezione alla relazione tra pressione e punto di fusione. Nel caso di questo sistema la pendenza tra il punto di fusione e la pressione è negativa in quanto il punto di fusione del ghiaccio diminuisce quando viene applicata pressione su di esso.

Conclusione

In questo articolo il comune relazione tra punto di fusione e la pressione e la sua eccezione sono state entrambe descritte con parole semplici e comprensibili.

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