Solidificação

Por Paulo Henrique Ferreira
A solidificação é a transformação física exotérmica de uma substância que, após perder calor, as forças repulsivas intermoleculares do estado sólido diminuem até se tornarem próximas às forças atrativas, ou seja, o grau de movimentação das partículas diminui até que o poço de potencial perca energia e atinja um raio médio que não permita o escoamento de partículas.

É quando aparecem os "germes de nucleação", que são como pequenos cristais em torno dos quais as partículas irão se agregar, compactando-as de certa forma, a partir daí, caso se trate de um cristal de substância pura ou de uma mistura eutética (ebulição variável), a temperatura se manterá constante e apenas haverá formação do estado sólido gradativamente, em outras palavras, a energia extraída nesse estágio será integralmente destinada a aumentar a energia potencial e não mais a diminuir a energia cinética.

Observando o diagrama genérico de solidificação:

solidificacao1Já nas outras misturas, a energia se distribui entre aumentar a energia potencial e diminuir a energia cinética. Observando o diagrama genérico de solidificação:

solidificacao2

Para que a solidificação ocorra, a energia extraída do sistema deve ser suficientemente grande para suprir uma variação positiva da energia potencial e, no caso daqueles sem fusão constante, uma variação negativa da energia cinética das moléculas capaz de fortalecer a atração eletrostática de umas sobre as outras, permitindo um raio médio pequeno frente as dimensões das partículas, dentro de certos limites, o qual corresponde à propriedade da solidez, sem que as partículas saiam de suas posições relativas umas às outras.

Conceitualmente, essa energia perdida deve ser igual ao calor latente de solidificação (conceito introduzido por Joseph Black (1728-1799)). Considerando os seguintes gráficos, em que se destacam a energia normal (En), a soma das energias de repulsão e atração, e a força normal (Fn), a soma das forças de repulsão e atração, pode-se notar as região em que a transformação ocorre:

solidi

A faixa de transição se inicia logo antes do ponto de miníma energia.

Além da influência da temperatura sobre a solidificação, podemos ter a variação da pressão de tal forma que a fusão também ocorra. Tomando um aumento e ou diminuição da mesma, pode-se diminuir a resistência das moléculas para a passagem do estado líquido para o sólido, é o que se nota através do diagrama de fases a seguir:

Diagrama de fases de um fluido simples.

Diagrama de fases de um fluido simples.

Entre P2 e P1, tem-se a solidificação pela variação da pressão, sob temperatura constante.

De um modo geral, a fusão ocorre quando toda extensão de uma substância passa do estado líquido para o sólido, mantedo-se a temperatura constante ou dentro de uma faixa, de tal forma que, ao final, as moléculas estejam fortemente atraídas e/ou extremamente próximas, não sendo capazes de assumir diferentes posições relativas entre elas.