Ponto de fusão e ponto de ebulição

Ponto de fusão e ponto de ebulição são as temperaturas em que a matéria passa de sólido para líquido e de líquido para gás, respectivamente. Em outras palavras, o ponto de fusão é a temperatura em que a substância passa do estado sólido para o estado líquido, enquanto o ponto de ebulição é a temperatura em que a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão aplicada sobre ele, fazendo com que o líquido se vaporize por completo. Para uma mesma pressão, as substâncias puras possuem ponto de fusão e ponto de ebulição fixos, enquanto as misturas não possuem.

Leia também: Quais são as mudanças de estado físico da matéria?

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre o ponto de fusão e sobre o ponto de ebulição
• 2 - O que é ponto de fusão?
• 3 - Tabela do ponto de fusão
• 4 - O que é ponto de ebulição?
• 5 - Tabela do ponto de ebulição
• 6 - Fatores que influenciam o ponto de fusão e o ponto ebulição
  • → Pressão
  • → Interações intermoleculares
• 7 - Ponto de fusão e ebulição da água
• 8 - Exercícios resolvidos sobre ponto de fusão e sobre ponto de ebulição

Resumo sobre o ponto de fusão e sobre o ponto de ebulição

• O ponto de fusão é a temperatura em que a substância passa do estado sólido para o estado líquido.
• O ponto de ebulição é a temperatura em que a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão aplicada sobre ele, ocasionando na vaporização completa do líquido.
• Substâncias puras possuem ponto de fusão e ponto de ebulição fixos, enquanto misturas não possuem.
• O ponto de fusão e o ponto de ebulição irão depender da pressão exercida sobre o sistema, assim como da intensidade das interações intermoleculares.
• O que se percebe é que, de modo geral, quanto maior a pressão, maiores o ponto de fusão e o ponto de ebulição. Da mesma forma, quanto mais intensas as interações intermoleculares, maiores são os pontos de fusão e de ebulição.

O que é ponto de fusão?

O ponto (ou a temperatura) de fusão é a temperatura em que uma substância passa do estado sólido para o estado líquido. É puramente um processo físico, que ocorre por meio da absorção de energia térmica. Durante a fusão, percebe-se a coexistência do estado sólido e do estado líquido.

As substâncias puras e as misturas eutéticas (que se comportam como uma substância pura durante o processo de fusão ou de solidificação) apresentam um ponto de fusão constante, mesmo com a absorção de calor, em que a temperatura em que se inicia a fusão é a mesma em que se finaliza o processo. Já as misturas (desde que não sejam eutéticas) apresentam uma variação de temperatura para a fusão, o que quer dizer que a temperatura de início da fusão não é a mesma em que se observa o fim da fusão.

Tabela do ponto de fusão

A tabela a seguir apresenta alguns pontos de fusão de algumas substâncias na pressão de 1 atm.

Acesse também: Fusão — detalhes sobre o processo físico de desagregação da matéria que marca a passagem do estado sólido para o líquido

O que é ponto de ebulição?

O ponto (ou a temperatura) de ebulição é a temperatura em que a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão aplicada sobre ele, fazendo com que o líquido comece a se converter, por inteiro, em um gás. Visualmente, o processo de ebulição é marcado pela formação de bolhas.

Assim como a fusão, a ebulição é um fenômeno físico, que também ocorre por meio da absorção de energia térmica. Durante o processo de ebulição, o estado líquido e o estado gasoso coexistem.

As substâncias puras e as misturas azeotrópicas (que que se comportam como uma substância pura durante o processo de ebulição de ou condensação) apresentam um ponto de ebulição constante, de modo que a temperatura de início da ebulição é a mesma do final. Já as misturas (as que não são azeotrópicas) apresentam uma variação de temperatura durante a ebulição, ou seja, a temperatura em que se inicia a ebulição não é a mesma que se finda o processo.

Tabela do ponto de ebulição

A tabela a seguir apresenta alguns pontos de ebulição de algumas substâncias na pressão de 1 atm.

Fatores que influenciam o ponto de fusão e o ponto ebulição

De modo geral, dois fatores acabam influenciando o ponto de fusão e o ponto de ebulição.

→ Pressão

A pressão é um dos fatores que influenciam o ponto de fusão e o ponto de ebulição. De modo geral, percebe-se que uma diminuição da pressão ocasiona uma queda do ponto de fusão e do ponto de ebulição. Já o aumento da pressão, de modo contrário, ocasiona um aumento do ponto de fusão e do ponto de ebulição.

No caso da fusão, deve-se lembrar que a matéria sólida deve se expandir para se tornar um líquido. Dessa forma, o aumento de pressão faz com que o estado sólido seja ainda mais compactado, dificultando essa expansão, exigindo mais energia térmica. Consequentemente, maior será a temperatura em que ocorrerá a fusão. A água é o único caso em que essa lógica se inverte. Vale lembrar que a fase sólida da água é mais expandida que a fase líquida e, dessa forma, na fusão da água não ocorre expansão, mas sim contração. Dessa forma, para a água, o aumento da pressão faz com que a temperatura de fusão diminua.

No caso da ebulição, o aumento da pressão ao qual o líquido está submetido exige, portanto, um aumento da pressão de vapor, ou seja, uma maior massa de gás sobre a superfície do líquido. Ocorre que, para aumentar a pressão de vapor, mais moléculas da superfície do líquido devem se desprender, o que exige maior energia térmica e, consequentemente, fará com que a equidade entre pressão de vapor e de pressão externa ocorra em uma temperatura maior.

Isso pode ser percebido em um gráfico conhecido como “diagrama de fases”, que traz a relação entre as temperaturas de mudança de fase em diferentes pressões.

Veja também: Pressão — mais detalhes sobre a razão entre a força aplicada sobre uma superfície e a área da superfície

→ Interações intermoleculares

No processo de fusão e de ebulição, o que se observa é que as moléculas devem se afastar para a transição do estado físico. Porém, esse afastamento somente ocorre com a ruptura das interações intermoleculares. Assim, quanto mais intensas forem as interações intermoleculares, maiores serão o ponto de fusão e o ponto de ebulição.

A 1 atm, percebe-se que o etanol entra em ebulição próximo dos 78 °C, enquanto o éter etílico entra em ebulição próximo dos 34 °C. Apesar de terem a mesma massa (são isômeros), o etanol é capaz de realizar ligações de hidrogênio, as quais são interações mais intensas do que as interações dipolo-dipolo tradicionais realizadas pelo éter etílico.

Uma interação presente em todas as moléculas, porém é a única presente em compostos apolares, é a dipolo induzido-dipolo induzido. Essa interação é diretamente proporcional ao volume molecular, o que quer dizer que, quanto maior o volume da molécula, mais intensa é a interação dipolo induzido-dipolo induzido.

O quadro a seguir traz as temperaturas de fusão e de ebulição de alguns hidrocarbonetos.

O tetrametilbutano é um caso interessante. Perceba que ele é isômero do octano, ou seja, ambos possuem oito átomos de carbono e dezoito átomos de hidrogênio. Contudo, o tetrametilbutano é uma molécula mais compacta, quase esférica, o que minimiza as interações intermoleculares do tipo dipolo induzido-dipolo induzido e, por isso, possui um ponto de ebulição menor do que o octano. Entretanto, seu ponto de fusão é bem mais alto, mesmo as interações sendo menos intensas.

Ocorre que, no caso da fusão, devemos imaginar que o estado sólido é uma rede cristalina, onde as forças intermoleculares apenas possuem a função de minimizar os movimentos moleculares de forma mais intensa do que no estado líquido. Aqui, não só o tamanho é importante, mas também a forma da molécula. Uma molécula mais esférica, como é o caso do tetrametilbutano, compacta-se de maneira mais eficiente na rede cristalina, o que permite uma maior aproximação das moléculas, elevando, dessa forma, o ponto de fusão. Perceba, ainda, que o efeito de compactação em consequência da forma é tão intenso que a diferença do ponto de fusão para o ponto de ebulição do tetrametilbutano é de apenas 6 °C, enquanto do octano é de 183 °C.

Ponto de fusão e ebulição da água

No nível do mar, no qual a pressão atmosférica é de 1 atm, o ponto de fusão da água é de 0 °C, enquanto o ponto de ebulição é de 100 °C. Contudo, esses valores mudam de acordo com a pressão exercida. A melhor forma de se perceber como variam o ponto de fusão e o ponto de ebulição da água, em função da pressão, é por meio do seu diagrama de fases.

As linhas de fronteira entre as regiões (sólido, líquido e gás) marcam as diferentes temperaturas de mudança de fase em diferentes pressões. Repare, por exemplo, que a queda de pressão faz a temperatura de ebulição da água diminuir. Por isso, em cidades de maior altitude, em que a pressão atmosférica é menor, a água entra em ebulição a uma menor temperatura.

Exercícios resolvidos sobre ponto de fusão e sobre ponto de ebulição

Questão 1

(Unimontes) A utilidade prática de saber o valor do ponto de fusão e ebulição das substâncias é poder prever o estado físico em determinadas temperaturas. Analisando a tabela a seguir, pode-se afirmar que à temperatura ambiente, a única substância sólida é:

Disponível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4557662/mod_resource/content/1/ CRC%20Handbook%20of%20Chemistry%20and%20Physics%2095th%20Edition.pdf. Acesso em: 30 out. 2024.

A) I.

B) II.

C) III.

D) IV.

Resolução:

Alternativa D.

Considera-se a temperatura ambiente como sendo 25 °C. A substância sólida, portanto, será aquela que possui um ponto de fusão maior do que os 25 °C. Ao se analisar o gráfico, a substância que possui um ponto de fusão maior do que 25 °C é o ácido palmítico, sendo, essa, portanto, a única substância sólida em temperatura ambiente.

Questão 2

(Faculdade de Ciências Médicas e da Saúde de Juiz de Fora) O quadro abaixo mostra o ponto de fusão e ebulição de quatro substâncias químicas diferentes identificadas por (A, B, C e D).

Quadro de pontos de fusão e ebulição de quatro substâncias diferentes:

Podemos afirmar que na temperatura de 50 ºC as substâncias encontram-se respectivamente nos estados físicos:

A) Líquido, sólido, líquido e gasoso.

B) Líquido, líquido, líquido e gasoso.

C) Líquido, sólido, sólido e gasoso.

D) Líquido, gasoso, líquido e gasoso.

Resolução:

Alternativa A.

A substância A será um líquido, pois seu ponto de fusão é menor do que os 50 °C, porém seu ponto de ebulição está acima dos 50 °C.

A substância B será um sólido, pois seu ponto de fusão está acima dos 50 °C.

A substância C será um líquido, pois seu ponto de fusão é menor do que os 50 °C, porém seu ponto de ebulição está acima dos 50 °C.

A substância D será um gás, pois seu ponto de ebulição está abaixo dos 50 °C.

Fontes

JENKINS, H. D. B. Effect of Pressure On Melting Point and Boiling Point: Normal Substances. In: Chemical Thermodynamics at a Glance. Cap. 23. Oxford, Inglaterra: Blackwell Publishing, 2008.

LEVINE, I. N. Boiling Point. Access Science. dez. 2023. Disponível em: https://www.accessscience.com/content/article/a089400.

REUSCH. W. Boiling & Melting Points. Michigan State University. Disponível em: https://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/physprop.htm.

SCOTT, R. L. Melting Point. Access Science. dez. 2023. Disponível em: https://www.accessscience.com/content/article/a414200.