11.10: 相転移：融解と凝固

結晶性固体を加熱すると、その原子、分子、イオンの平均エネルギーが増大し、固体は高温になります。ある時点で、追加されたエネルギーは、固体の分子やイオンを固定している力を部分的に克服するのに十分な大きさになり、固体は液体状態に移行する、つまり融解するプロセスを開始します。この時点で、熱を加え続けても固体の温度上昇は止まり、固体がすべて溶けるまで一定の温度を保ちます。固体がすべて溶けて初めて、加熱を続けることで液体の温度が上昇します。

融解の途中で加熱を止め、固液混合物を完全に断熱された容器に入れて熱の出入りがないようにすれば、固相と液相は平衡状態を保つことができます。これは、優れた魔法瓶の中に氷と水の混合物を入れた場合とほぼ同じ状況です。熱の出入りがほとんどなく、固体の氷と液体の水の混合物が何時間も保たれます。平衡状態にある固体と液体の混合物では、融解と凝固の相互作用が同じ速度で起こり、そのため固体と液体の量は一定に保たれています。ある物質の固相と液相が平衡している温度を、固体の融点または液体の凝固点と呼びます。

通常、どちらの用語を使うかは、固体から液体（融解）、液体から固体（凝固）など、検討する相転移の方向によって決まります。結晶性固体の融解エンタルピーと融点は、結晶中に存在する単位間の引力の強さに依存します。弱い引力を持つ分子は低い融点の結晶を形成します。より強い引力を持つ粒子からなる結晶は、より高い温度で融解します。

ある物質1モルを固体状態から液体状態に変化させるのに必要な熱量が、その物質の融解エンタルピー ΔH_fus です。氷の融解エンタルピーは0℃で6.0kJ/molです。融合（融解）は吸熱性です。

その逆の過程である凍結は発熱過程であり、そのエンタルピー変化は0℃で6.0kJ/molです。

このテキストは 、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 10.3 ： Phase Transitions から引用しています。

固体の粒子は、引力によってしっかりと詰まり、格子を乱すことなく固定位置で振動します。

熱が加えられると、粒子の熱エネルギーが上昇し、粒子の振動が速くなります。粒子は、分子間力を部分的に克服することで動き回り、再配置されます。その後、格子が崩壊し、固体が溶けます。

この固体から液体への遷移は融解または融解と呼ばれ、それが発生する温度は融点または融点と呼ばれます。

融点で固体の1モルを完全に溶かすために必要なエンタルピーの変化は、モル融解熱またはモル融解エンタルピーと呼ばれます。融解にはほぼ常にエネルギーが必要なため、いくつかの例外を除いて、正のエンタルピー値を持つ吸熱プロセスです。

たとえば、氷のモルが周囲から6.02キロジュールの熱エネルギーを吸収すると、その温度は上昇します。温度が0°Cに達すると、溶け始めます。

どの物質でも、融解熱は気化熱よりも低くなります。たとえば、1モルの氷を溶かすのに必要なエネルギーはわずか6.02キロジュールですが、1モルの水を蒸発させるには40.8キロジュールのエネルギーが必要です。

これは、気化には、ほぼすべての分子間力から解放されることによる分子の完全な分離が含まれるためです。それに比べて、融解には、分子が密接に接触し続けている間、引力を部分的に克服するだけが含まれます。

核融合の逆、つまり液体から固体への移行は、凍結または凝固と呼ばれます。液相分子がエネルギーを失うと、熱運動は減少し、分子は分子間力を再確立するのに十分なほど近くに詰め

最終的に、液体は固体の形に変わります。凍結は発熱プロセスであり、そのエンタルピー値は負です(いくつかの例外を除く)。

通常、物質は溶けるのとほぼ同じ温度で凍結します。凍結のエンタルピーは負ですが、その大きさは核融合のエンタルピーと同じです。

物質が融点または凝固点に保持されると、固相と液相が共存します。