Calor de fusão

Definição

Calor de fusão é a quantidade de energia térmica necessária para alterar o estado da matéria de uma substância de um sólido para um líquido. Também é conhecido como entalpia de fusão.

Suas unidades são geralmente Joules por grama (J/g) ou calorias por grama (cal/g).

Os sólidos podem ser aquecidos até o ponto em que as moléculas que mantêm suas ligações juntas se separam e formam um líquido. O exemplo mais comum é o gelo sólido se transformar em água líquida.

Esse processo é mais conhecido como fusão ou calor da fusãoe resulta em menos moléculas dentro da substância. Quando uma substância se converte de um estado sólido para um estado líquido, a mudança na entalpia (?H) é positiva.

No entanto, se a substância está se transformando de um estado líquido para um estado sólido, a alteração na entalpia (?H) é negativa.

Esse processo é comumente conhecido como congelamento e resulta em moléculas dentro da substância cada vez mais ordenadas.

O que é o calor de fusão?

Calor de fusão, também chamado de entalpia de fusão, é a quantidade de energia necessária para transformar uma substância de um sólido para um líquido. Quando um sólido atinge a temperatura em que derrete, sua temperatura não continua a subir enquanto derrete, mesmo que seja exposto à mesma fonte de calor. Enquanto está derretendo, um sólido continua absorvendo energia de sua fonte de calor, o que permite que as alterações moleculares necessárias para a fusão ocorram.

Quando um sólido é aquecido, sua temperatura sobe até atingir seu ponto de fusão. Uma vez atingida esta temperatura, energia adicional deve ser fornecida ao sólido para transformá-lo em líquido.

O calor de fusão refere-se à energia necessária quando a temperatura de fusão é atingida, mas não à energia necessária para aquecer o sólido até o seu ponto de fusão.

O processo de transformar um sólido em um líquido envolve mais do que apenas a transformação de fase observável ao olho humano. Em um nível microscópico, as moléculas em um sólido se atraem, o que lhes permite permanecer em uma formação relativamente estável. Para derreter um sólido, as moléculas devem ser separadas uma da outra, o que significa que a substância deve receber energia adicional.

A energia fornecida durante a fusão é armazenada pelas moléculas como energia potencial, em vez de energia cinética, pois a temperatura constante durante a fusão significa que o movimento das moléculas não aumenta nem diminui nesse momento.

Após a substância ter sido totalmente transformada em líquido, sua temperatura começa a subir novamente. Isso é feito até que o ponto de ebulição seja atingido, momento em que a temperatura novamente permanecerá constante enquanto o líquido se transformar em gás. Para essa transformação, a substância novamente requer energia adicional – desta vez denominada entalpia de vaporização.

A temperatura sempre permanece constante durante as mudanças entre os estados da matéria: sólido, líquido e gás.

O calor de fusão necessário para derreter um sólido depende em grande parte da força da ligação molecular; portanto, substâncias diferentes requerem quantidades diferentes de calor de fusão para se transformar em líquidos. A quantidade de energia necessária para derreter o chumbo, por exemplo, é menor que a quantidade necessária para derreter o gelo em água líquida. Isso ocorre porque o calor de fusão não leva em consideração a temperatura necessária para elevar a substância ao seu ponto de fusão, mas é medido apenas como a quantidade de calor necessária para transformar a substância inteiramente em um líquido quando atingir seu ponto de fusão.

Energia de fusão?

Energia de fusão é a extração de energia de ligações entre partículas nos núcleos de átomos, fundindo esses núcleos. Para obter o máximo de energia, elementos leves e isótopos como hidrogênio, deutério, trítio e hélio devem ser usados, embora todos os elementos com um número atômico menor que o ferro possam produzir energia líquida quando fundidos.

A fusão contrasta com a fissão, o processo pelo qual a energia é gerada pela separação de núcleos pesados como urânio ou plutônio. Ambos são considerados energia nuclear, mas a fissão é mais fácil e melhor desenvolvida.

Todas as usinas nucleares atuais operam com base na energia de fissão, mas muitos cientistas esperam que uma usina baseada na energia de fusão seja desenvolvida antes de 2050.

Existem bombas nucleares baseadas em energia de fissão e energia de fusão. As bombas-A convencionais são baseadas na fissão, enquanto as bombas-H, ou bombas de hidrogênio, são baseadas na fusão.

A fusão converte de maneira mais eficiente a matéria em energia, produzindo mais calor e temperatura quando o processo é canalizado para uma reação em cadeia.

Assim, as bombas-H têm rendimentos mais altos que as bombas-A, em alguns casos mais de 5.000 vezes mais. As bombas-H usam um “reforço” de fissão para atingir a temperatura necessária para a fusão nuclear, que é de aproximadamente 20 milhões de graus Kelvin. Em uma bomba H, aproximadamente 1% da massa de reação é convertida diretamente em energia.

A energia de fusão, não a fissão, é a energia que alimenta o Sol e produz todo o seu calor e luz. No centro do Sol, aproximadamente 4,26 milhões de toneladas de hidrogênio por segundo são convertidos em energia, produzindo 383 yottawatts (3,83 × 1026 W) ou 9,15 × 1010 megatons de TNT por segundo. Parece muito, mas na verdade é bastante leve, levando em consideração a massa e o volume total do sol.

A taxa de produção de energia no núcleo do Sol é apenas cerca de 0,3 W/m3 (watts por metro cúbico), mais de um milhão de vezes mais fraca que a produção de energia que ocorre em um filamento de lâmpada.

Somente porque o núcleo é muito grande, com um diâmetro equivalente a cerca de 20 Terras, ele gera tanta energia total.

Por várias décadas, os cientistas vêm trabalhando no sentido de aproveitar a energia de fusão para as necessidades do homem, mas isso é difícil devido às altas temperaturas e pressões envolvidas.

Usando energia de fusão, uma unidade de combustível do tamanho de um pequeno rolamento de esferas pode produzir tanta energia quanto um barril de gasolina.

Infelizmente, todas as tentativas de geração de energia de fusão a partir de 2008 consumiram mais energia do que produziram.

Existem duas abordagens básicas – use um campo magnético para comprimir um plasma até a temperatura crítica (fusão de confinamento magnético) ou lasers de fogo em um alvo tão intenso que o aqueça além do limite crítico de fusão (fusão de confinamento inercial).

Ambas as abordagens receberam financiamento significativo, com o National Ignition Facility (NIF) tentando fusão por confinamento inercial e entrando em operação em 2010, e o Reator Termonuclear Experimental Internacional (ITER) tentando fusão por confinamento magnético e entrando em operação em 2018.

Calor da fusão – derretimento do gelo

Calor da fusão – derretimento do gelo

Fonte: chem.libretexts.org/www.brightstorm.com/www.thoughtco.com/www.mindat.org/www.physlink.com/www.wisegeek.org/www2.chem.wisc.edu/www.avalanche-center.org