¿Cómo es posible que el punto de fusión y congelación del agua sea el mismo?

El agua libera energía cuando cambia de líquido a sólido. Se requiere la misma energía para cambiar de sólido a líquido. Se llama calor latente o calor de fusión y está simplemente relacionado con la cristalización o la fusión como tal, por lo que no está provocando un cambio de temperatura. Por lo tanto, durante esta liberación o absorción de energía, la temperatura no cambia.

Una cosa es interesante y sorprendente para muchos: el hielo normal hecho de agua pura siempre se derrite a 0 ° C, pero el agua pura no siempre se congela a 0 ° C. Puede, pero no siempre sucede. Esto parece contradictorio con lo que escribí anteriormente.
Para congelar el agua, algunas moléculas de agua deben ‘asumir la posición’ de un núcleo, en esencia ensamblarse en un tamaño mínimo crítico de un cristal de hielo. Una vez que se forma dicho núcleo, puede crecer a medida que se unen más moléculas de agua en la orientación cristalina adecuada a la superficie del cristal en crecimiento.
No es fácil que las moléculas de agua formen este núcleo y a 0 ° C solo ocurrirá como resultado de alguna influencia externa, por ejemplo, vibración. La posibilidad de que ocurra aumenta a medida que disminuye la temperatura del agua y a una temperatura de ~ -42 ° C, las moléculas de agua no tienen otra opción más que congelarse. Esto se llama nucleación homogénea (las moléculas de agua mismas actúan como núcleos).
Las impurezas en el agua ayudan a que la congelación ocurra más fácilmente, especialmente si estas impurezas imitan las superficies de los cristales de hielo. Prácticamente todos los cuerpos de agua en la tierra son impuros, contaminados con partículas de polvo, etc. y, por lo tanto, el agua dulce se congelará fácilmente a 0 ° C. En las nubes puede ser diferente porque las microgotas de agua pueden ser muy puras. Pueden existir en forma líquida a temperaturas muy inferiores a 0 ° C.

Asumamos que hubo una diferencia. ¿De qué forma diría que estaría el agua cuando la temperatura esté entre los puntos de congelación y fusión?

Sugerencia: existen cuatro estados fundamentales para la materia: sólido, líquido, gaseoso y plasma.

Los puntos de fusión y congelación dependen tanto de la temperatura como de la presión. Existe un punto dulce llamado punto triple donde los tres estados existen simultáneamente.

Diagrama de fase de agua

Triple punto

Como nota al margen, el agua es extraña porque el hielo es su forma sólida pero es menos densa. Otros diagramas de fase se verán un poco diferentes.

El punto de fusión y el punto de congelación son, por definición, el mismo punto. Tanto la fusión como la congelación (y cualquier otro proceso químico) son procesos de equilibrio técnico que tenderán a un lado u otro según los factores estresantes. (Ver: Principio de La Chatelier)

Este video explica cómo el punto de congelación y ebullición actúa bajo presión …

Hay una gran respuesta sobre esto en otro sitio web.

Punto de fusión versus punto de congelación