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Equilibrio Líquido-Sólido

La conversión de un líquido en un sólido se conoce como congelación; el proceso inverso se denomina fusión. El punto de fusión de un sólido o el punto de congelación de un líquido es la temperatura a la cual las fases sólidas y líquidas coexisten en el equilibrio. El punto de fusión (o congelación) normal de una sustancia es la temperatura a la cual se produce el cambio de fase cuando en el medio hay una presión de 1 atmósfera.

El equilibrio más común se produce entre el agua y el hielo a 0°C y 1 atm de presión. Un vaso con agua y hielo proporciona un bien ejemplo de este equilibrio dinámico. Cuando los cubos de hielo se derriten para formar agua, parte del agua entre los cubos de hielo se puede congelar para mantenerlos juntos. Este no es un verdadero equilibrio dinámico; dado que el vaso no se mantiene a 0°C, llegará un momento en que todos los cubos de hielo se derritan.

Obsérvese la curva de calentamiento de la izquierda. Cuando un sólido se calienta, su temperatura aumenta de manera gradual hasta alcanzar el punto A; donde el sólido comienza a fundirse. Durante el período de fusión (AB), en la primera meseta de la curva, el sistema absorbe calor aunque la temperatura permanezca constante. Este calor permite vencer las fuerzas de atracción del sólido y así producir la transición hacia la fase líquida. Una vez que todo el sólido se ha fundido (punto B), el calor absorbido aumenta la energía cinética de las moléculas de líquido y su temperatura aumenta (BC). El proceso de evaporación (CD) se explica de forma similar al de fusión. La temperatura permanece constante durante el periodo en el que el aumento de la energía cinética se usa para vencer las fuerzas de atracción del líquido. Cuando todas las moléculas están en la fase gaseosa la temperatura vuelve a aumentar. El calor molar de fusión, es la energía necesaria para fundir un mol de sólido.

El enfriamiento de una sustancia gaseosa tiene el efecto opuesto al del calentamiento y se recorre la curva de calentamiento en sentido opuesto. Un líquido se puede enfriar temporalmente por debajo de su punto de congelación. A este proceso se lo denomina sobreenfriamiento y se presenta cuando el calor del líquido se elimina tan rápido que las moléculas no tienen tiempo de acomodarse en la estructura de un sólido. Un líquido sobreenfriado es inestable; la agitación leve o la adición de una pequeña semilla de un cristal de la misma sustancia hará que se solidifique con rapidez.