O ponto de fusão de uma substância é a temperatura à qual um dado composto transita do estado sólido para o estado líquido. Substâncias puras cristalinas têm um ponto de fusão muito bem definido. Quando uma substância sólida pura é aquecida, o calor fornecido é convertido em energia cinética. À medida que o movimento das moléculas vai aumentando, as forças atractivas intermoleculares são superadas, perdendo-se progressivamente o estado ordenado das moléculas em estrutura cristalina. As moléculas passam então para um estado de maior liberdade de movimento, transitando a substância do estado sólido para o estado líquido. Durante o processo de fusão, toda a energia fornecida é consumida, pelo que a temperatura permanece constante.
Uma substância pura funde a uma temperatura bem definida, sendo essa uma característica de qualquer substância cristalina que é apenas dependente da pressão (embora esta dependência da pressão é geralmente considerada insignificante).
O intervalo de valores relativo ao ponto de fusão é medido desde o momento em que o primeiro cristal do sólido começa a fundir e o momento em que o último cristal conclui o processo de fusão. Este intervalo de valores é muito estreito para sólidos puros (normalmente variações de 1-2ºC).
A determinação do ponto de fusão é um método simples e rápido usado nas diversas áreas da Química para obter-se uma primeira impressão da pureza de uma dada substância, isto porque mesmo pequenas quantidades de impurezas influenciam o ponto de fusão ou, pelo menos, aumentam o intervalo de valores do ponto de fusão. A presença de impurezas interfere com a malha cristalina, tornando-se mais fácil a quebra das forças de interacção entre moléculas. Como é necessário menos calor para quebras essas interacções entre intermoleculares, o ponto de fusão da mistura é inferior ao da substância quando pura. O intervalo de valores é também expandido pois diferentes regiões do sólido possuem diferentes quantidades de impurezas.
Esta é uma das técnicas mais antigas de determinação da pureza de substâncias orgânicas. O ponto de fusão é fácil de se medir e de ser avaliado por comparação com padrões.
As farmacopeias consideram o método de determinação por capilaridade a técnica padrão para a determinação do ponto de fusão. Nesta metodologia, um pequeno capilar de vidro, contendo uma coluna compacta da substância cujo ponto de fusão se pretende determinar é introduzida numa fonte de calor próprio, em proximidade com um termómetro de elevada precisão. A temperatura é aumentada progressivamente a uma taxa fixa até a substância começar a transitar para o estado líquido.
A temperatura deve ser registada logo após os primeiros sinais de alteração nas amostras. Estas alterações podem dever-se a:
- perda de solvente (desidratação)
- mudança no estado de cristalização (encolhimento)
- decomposição lenta (mudança de cor da amostra ou acastanhamento)
- condensação do solvente nas regiões mais frias do capilar
- fusão individual de um ou mais cristais
A temperatura final do intervalo de fusão deve ser registada quando se evidencia sublimação (aparecimento de cristais nas partes salientes do capilar) e/ou decomposição (observação de bolhas ou mudanças de cor durante ou após a fusão).
A preparação inapropriada das amostras leva a resultados imprecisos e não reprodutíveis na determinação do ponto de fusão.
Qualquer substância colocada no capilar de vidro deve:
- estar completamente seca
- ser homogénea
- encontrar-se na forma de pó.
Amostras que apresentem alguma humidade devem ser previamente secas – e.g. 48 horas num exsicador, sobre P2O5.
O requisito primário para uma boa determinação do ponto de fusão é o composto estudado encontrar-se na forma de pó fino. Isto permite que o calor seja transferido para a amostra de uma forma mais eficiente. amostras cristalinas não homogéneas devem ser pulverizadas até se obter um pó fino, recorrendo-se a um almofariz.
Para encher o tubo capilar com a amostra, deve-se pressionar várias vezes a parte aberta do capilar contra a substância. O pó é então empurrado para o fundo do tubo batendo-se suavemente com a extremidade fechada do tubo contra uma superfície dura. Pode-se usar um arame para compactar mais a substância. A quantidade de amostra carregada no capilar deve ser fixa, para que os resultados sejam o mais reprodutíveis possível. Um volume muito grande de composto pode necessitar de mais calor para fundir-se completamente, levando a intervalões de valores maiores. Pelo contrário, volumes pequenos levam a intervalos mais pequenos. A altura da amostra deve estar compreendida entre os 2,0 mm e os 3,0 mm.
Se a substância a estudar é higroscópica, ou se sublima a altas temperaturas, a extremidade aberta do capilar deve ser selada por aquecimento após o empacotamento da amostra. Amostras higroscópicas devem ser guardadas num exsicador entre testes. Este passo é de extrema importância, principalmente quando se realizam os testes em ambientes húmidos ou até em dias chuvosos.
A taxa de aumento da temperatura é o parâmetro da determinação do ponto de fusão que influencia mais as leituras.
As taxas de aumento até 2ºC / min são razoáveis para determinações de rotina. Taxas mais elevadas só são recomendadas para determinações rápidas de substâncias com pontos de fusão desconhecidos. Para medições de precisão e determinações de pureza são realizadas com uma taxa de aumento máxima de cerca de 0,5ºC / min, embora o recomendado seja usar-se uma taxa de 0,1 a 0,2ºC / min, sempre que possível. Amostras que se decomponham a temperaturas abaixo do seu ponto de fusão são medidas, normalmente, com taxas de aumento de temperatura acima de 5ºC / min para evitar contaminações com produtos secundários.
Fontes: Use of melting point apparatus, C. Graham Brittain | Melting point Procedure, Stanford Research Systems