What happens to particles when a solid melts?

When heat is added to a solid, particles gain thermal energy and vibrate faster. They partially overcome intermolecular forces, move about, and rearrange. Eventually, the lattice collapses and the solid transitions to liquid. This process is called melting or fusion.

Why does melting require less energy than vaporization?

Melting requires only partial overcoming of intermolecular forces while molecules remain in close contact. Vaporization requires complete separation of molecules by breaking nearly all intermolecular forces. For example, melting ice requires 6.02 kilojoules per mole, while vaporizing water requires 40.8 kilojoules per mole.

What is the molar heat of fusion?

The molar heat of fusion is the enthalpy change required to completely melt one mole of a solid at its melting point. Melting is endothermic, requiring energy input with a positive enthalpy value. For ice, the molar heat of fusion is 6.0 kilojoules per mole at 0 degrees Celsius.

How does freezing differ from melting in terms of energy?

Freezing is the reverse of melting, where liquid-phase molecules lose thermal energy and pack closely to re-establish intermolecular forces. Freezing is exothermic with negative enthalpy. Although the enthalpy value is negative, its magnitude equals the enthalpy of fusion for the same substance.

What determines the melting point of a crystalline solid?

The melting point depends on the strength of attractive forces between particles in the crystal. Molecules with weak intermolecular forces form crystals with low melting points. Crystals with stronger attractive forces between particles melt at higher temperatures. Stronger intermolecular interactions result in higher melting points.

What happens when a solid-liquid mixture is in equilibrium?

At the melting or freezing point, solid and liquid phases coexist in equilibrium. Melting and freezing occur at equal rates, so quantities of solid and liquid remain constant. In an insulated container, this equilibrium can persist for extended periods with no net phase change.

Why does temperature remain constant during melting despite continuous heat input?

During melting, added heat energy overcomes intermolecular forces rather than increasing molecular motion. Temperature remains constant at the melting point until all solid has melted. Only after complete melting does continued heating increase the liquid's temperature. This plateau occurs because energy breaks bonds rather than accelerating particles.

11.10

Transições de Fase: Fusão e Solidificação

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As partículas de um sólido permanecem bem juntas através de forças atrativas e vibram em posições fixas sem perturbarem a malha. A adição de calor leva a que à energia térmica das partículas aumente, e elas vibrem mais rapidamente. As partículas movem-se sobre e reordenam-se por superação parcial das forças intermoleculares.

Posteriormente, a malha colapsa, e os sólidos derretem. Esta transição do sólido para o líquido é chamado de derretimento ou fusão, e a temperatura em que ocorre é chamada de ponto de derretimento ou ponto de fusão. A alteração na entalpia que é necessária para derreter completamente 1 mol de um sólido no seu ponto de fusão é chamada de o seu calor molar de fusão ou a sua entalpia molar de fusão.

Uma vez que o derretimento quase sempre requer energia, é um processo endotérmico com um valor de entalpia positivo com algumas exceções. Por exemplo, quando um mol de gelo absorve 6, 02 kilojoules da energia térmica do seu meio envolvente, a sua temperatura aumenta. Quando a temperatura atinge 0 graus Celsius, começa a derreter.

Para qualquer substância, o calor da fusão é mais baixo do que o calor de vaporização. Por exemplo, enquanto o derretimento de um mol de gelo requer apenas 6.02 kilojoules de energia, vaporizar um mol de água requer 40, 8 kilojoules de energia. Isto porque a vaporização envolve uma completa separação de moléculas ao libertarem-se de quase todas as forças intermoleculares.

Em comparação, o derretimento envolve apenas parcialmente superar as forças atrativas enquanto as moléculas continuam em estreito contato. O reverso da fusão, ou seja, a transição do líquido para sólido, é chamado de congelação ou solidificação. Quando na fase líquida as moléculas perdem energia, o seu movimento térmico decresce e as moléculas ficam suficientemente perto de restabelecer as forças intermoleculares.

Eventualmente, o líquido converte-se na sua forma sólida. O congelamento é um processo exotérmico, e o seu valor de entalpia é negativo com algumas exceções. As substâncias normalmente congelam aproximadamente à mesma temperatura em que derretem.

Embora a entalpia do congelamento seja negativa, a sua magnitude é a mesma como a entalpia de fusão. Quando uma substância é mantida no seu ponto de fusão ou de congelamento, as fases sólida e líquida coexistem.

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Aquecer um sólido cristalino aumenta a energia média dos seus átomos, moléculas, ou iões, e o sólido fica mais quente. Em algum momento, a energia adi…