Temperatura de fusión

1. Temperatura de fusión
4.1 Objetivo
• Determinar la temperatura de fusión de algunos sólidos puros
4.2 Marco teórico
En general, la energía se define como la capacidad para realizar un trabajo. Todas las formas de
energía son capaces de efectuar un trabajo, pero no todas tienen la misma importancia a nivel
químico. Entre las diferentes formas de energía están: la energía cinética, la energía potencial, la
energía radiante, la energía térmica y la energía química.
El calor es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos que están a diferente temperatura.
A su vez, la temperatura es una cantidad que determina la dirección en la que fluye de manera
espontánea el calor. Éste siempre fluirá de un cuerpo de mayor temperatura a otro con menor
temperatura.
Por lo general, la temperatura se mide con un termómetro (figura 4.1) que consiste de un tubo
capilar conectado en un extremo a un bulbo de paredes delgadas el cual está lleno con un cierto
líquido (comúnmente mercurio). A medida que la temperatura del bulbo se eleva, el líquido se
expande y sube por el capilar. La altura que alcanza el líquido en el capilar depende
proporcionalmente de la temperatura.
Figura 4.1 Termómetro
Para poner las marcas de la escala de un termómetro se escogen como referencia dos temperaturas.
La altura de la columna de mercurio se marca después de que el termómetro está a cada una de las
temperaturas de referencia. Luego, se divide la distancia entre el par de marcas en un cierto número
de unidades o grados, dependiendo de la escala usada.
Las temperaturas de referencia que se emplean para fijar las escalas de temperatura más comunes
son las del punto de congelación y de ebullición del agua. Éstas se escogen por razones prácticas:
para todo líquido puro (como el agua) sólo hay una temperatura característica a la cual pueden
coexistir, en equilibrio, el líquido y el sólido. Dicha temperatura se conoce como punto de
congelación o punto de fusión. También, cada líquido tiene un punto de ebullición característico,
del cual se tratará en la próxima práctica de laboratorio.
4.3 Clases de termómetros
• Termómetros de Mercurio. Son los de uso más corriente pues miden las temperaturas ordinarias.
Pueden registrar temperaturas en el rango de -39 °C a +350 °C.
• Termómetros para baja temperatura. El mercurio se sustituye por otros líquidos, generalmente
coloreados. Los líquidos mas utilizados son: alcohol (-110 °C a +40 °C), toluol (-90 °C a 110 °C) y
éter de petróleo (-200 °C a +20 °C).
• Termómetros de gas. Se fundamentan en que la temperatura kelvin de una masa de gas varía
proporcionalmente con el producto del volumen por su presión. Un termómetro de gas puede
deducir la temperatura, ya de la contracción o dilatación experimentada por el gas o de las
variaciones de la presión del gas si su volumen permanece constante.

2. • Termómetros de resistencia eléctrica. Se basan en la variación de la resistencia de los conductores
eléctricos con la temperatura. Sirven para medidas muy exactas y si se emplea platino se puede
llegar hasta 1000 °C.
• Termómetros constituidos por pares de elementos (termoeléctricos). Con estos aparatos se pueden
medir temperaturas mas elevadas según los metales que conforman el par.
Las principales causas de error en las lecturas de temperatura se deben a descalibración del
termómetro la cual puede ser causada por diferentes factores tales como :
 Contracción del vidrio por envejecimiento
 Resistencia que opone el capilar al movimiento del mercurio
 Evaporación del mercurio cuando las temperaturas son altas
 Dilatación no uniforme del mercurio
4.4 Temperatura de fusión y calor de fusión
Cuando un sólido cristalino se calienta, sus átomos vibran con más energía. En cierto momento se
alcanza una temperatura a la que éstas vibraciones alteran el orden de la estructura cristalina, los
átomos pueden deslizarse unos sobre otros, el sólido pierde su forma definida y se convierte en un
líquido. Este proceso se llama fusión y la temperatura a la que sucede es la temperatura de fusión. El
proceso inverso, la conversión de un líquido en sólido, se llama solidificación o congelación y la
temperatura a la que sucede temperatura de congelación. El punto de fusión de un sólido y el punto
de solidificación de un líquido son idénticos. Como ya se indicó anteriormente, a la temperatura de
fusión el sólido y el líquido coexisten en equilibrio.
Si se calienta uniformemente una mezcla sólido-líquido en equilibrio, la temperatura permanece
constante mientras el sólido se funde. Sólo cuando todo el sólido ha fundido, la temperatura
empieza a ascender. De la misma manera, si extraemos calor uniformemente de una mezcla sólido-
líquido en equilibrio, el líquido se solidifica a una temperatura constante. La cantidad de calor
necesaria para fundir un sólido es la entalpía de fusión, Hfus, expresada en kJ/mol.
4.5 Materiales y equipo
• Sólidos: naftaleno, ácido benzoico, p-diclorobenceno, acetanilida, bifenilo (consultar el punto de
fusión y la fórmula de cada compuesto).
• Aceite mineral
• Mechero
• Soporte universal
• Malla de asbesto
• Pinzas
• Nuez
• Mortero
• Termómetro
• Tubo de Thiele
• Capilares (traerlos)
• Bandas de caucho
4.6 Procedimiento
Se introduce una pequeña cantidad del sólido pulverizado en un capilar previamente sellado por un
extremo, compactándolo bien hasta el fondo del extremo sellado. El capilar se sujeta al termómetro
con una bandita de caucho, asegurándose que la muestra quede a la misma altura del bulbo del
termómetro (figura 4.2). Se sumergen ambos en un baño de aceite sin que éste entre en el capilar.

3. Figura 4.2 Medición de la temperatura de fusión
Se inicia el calentamiento cuidando de que sea suave y gradual: 2-3 °C por minuto. Cuando se
inicie la fusión del sólido, se retira el mechero y se anota la temperatura, luego se anota la
temperatura a la cual ya se ha fundido toda la sustancia (la temperatura de fusión se reporta como
un rango). El proceso se repite para todos los distintos sólidos, usando cada vez un capilar nuevo.
Tabla 4.1 Resultados experimentales
Compuesto
sólido
Temp.de
fusión
reportada
(°C)
Temp. de
fusión
experimental
(°C)
Error
(%)
Naftaleno
Ácido benzoico
p-
diclorobenceno
Acetanilida
Bifenilo
4.7 Cálculos y resultados
Completar la tabla 4.1 de acuerdo con sus resultados experimentales.
4.8 Discusión y conclusiones
• Analice los resultados obtenidos y discuta a qué posibles errores pueden deberse las diferencias
entre las temperaturas de fusión experimentales y las reportadas por la literatura.
4.9 Preguntas
• A la temperatura de fusión coexisten, en equilibrio, el líquido y el sólido. Describa en qué consiste
dicho equilibrio.
• ¿Por qué es aconsejable usar un baño de aceite para la determinación de la temperatura de fusión?
¿Por qué debe ser muy lento el calentamiento del baño de aceite?
• ¿Además del aceite es posible utilizar otros líquidos para esta misma práctica? ¿Cuáles? ¿Qué
criterios deben tenerse en cuenta para su selección?

4. • ¿Por qué la temperatura de fusión de muchos sólidos se reporta como un rango? (Ej. acetanilida:
113-114 °C)
• Estrictamente hablando, ¿por qué no debería decirse punto de fusión?
• ¿Cuál es la influencia de una impureza insoluble en la temperatura de fusión de un sólido?
• ¿Cómo son, comparativamente, las temperaturas de fusión de sólidos iónicos, covalentes, polares
y no polares?
• ¿Qué es un diagrama de fases?¿Cómo se interpreta cada punto del diagrama? ¿Cuál es el
significado del punto triple?
• ¿Cuáles son las escalas más comunes para medir la temperatura?
• Analice el por qué de la forma tan particular del tubo de Thiele.
4.10 Lecturas recomendadas
Wolke, Robert L.. Fundir en la cocina. En: Lo que Einstein no sabía. Robin Book, Bogotá, 2002.
pp. 77
Asimov, Isaac ¿Hasta dónde puede llegar el proceso de fusión dentro de una estrella? En: Cien
Preguntas Básicas sobre la Ciencia. Alianza Editorial, Madrid, 1981. pp. 42
Asimov, Isaac. El agua fría. En: El electrón es Zurdo y Otros Ensayos Científicos. Alianza
Editorial, Madrid, 1982. pp. 40
4.11 Glosario
Discutir y anotar el significado de los siguientes términos: baño de aceite, calor, congelación,
energía, entalpía, equilibrio sólido-líquido, fusión, temperatura.
4.12 Referencias Internet
• http://organic.chem.tamu.edu/Labs/Current_Handouts/melting_points.htm
• http://140.198.18.108/labbooks/meltingPoint.html
• http://chemscape.santafe.cc.fl.us/chemscape/catofp/measurea/meltpnt/
meltemp/meltemp.htm
• http://www.nsf.gov/od/lpa/events/fow/fowtfkv2n3/htm/melt_exp.htm
• http://www.tamuk.edu/chemistry/academics/syllabi/dr.%20hayes/expt/
expt01.htm
• http://www.iit.edu/~smart/martcar/lesson5/id22.htm
• http://www.chem.uiuc.edu/chemistry234syll/chem234mplab.html