11.10: Changement d'état : fusion et congélation
Chauffer un solide cristallin augmente l'énergie moyenne de ses atomes, molécules ou ions, et le solide devient plus chaud. À un certain moment, l'énergie ajoutée devient suffisamment importante pour surmonter partiellement les forces qui maintiennent les molécules ou les ions du solide dans leurs positions fixes, et le solide commence le processus de transition vers l'état liquide, ou processus de fusion. À ce stade, la température du solide cesse d'augmenter, malgré l'apport continu en chaleur, et reste constante jusqu'à ce que tout le solide soit fondu. Ce n'est qu'une fois que tout le solide a fondu que la chaleur continue augmentera la température du liquide.
Si le chauffage est arrêté pendant la fusion et que le mélange solide-liquide est placé dans un récipient parfaitement isolé afin qu'aucune chaleur ne puisse entrer ou s'échapper, les phases solide et liquide restent en équilibre. C'est presque la situation d'un mélange avec de la glace et de l'eau dans une très bonne bouteille de thermos ; il n'y a presque pas de chaleur qui entre ou sort, et le mélange de glace solide et d'eau liquide demeure pendant des heures. Dans un mélange de solide et de liquide à l'équilibre, les processus réciproques de fusion et de congélation se produisent à des vitesses équivalentes, et les quantités de solide et de liquide demeurent donc constantes. La température à laquelle les phases solide et liquide d'une substance donnée sont en équilibre est appelée le point de fusion du solide ou le point de congélation du liquide.
L'utilisation d'un terme ou de l'autre est normalement dictée par la direction de la transition de phase considérée, par exemple, de solide à liquide (fusion) ou de liquide à solide (congélation). L'enthalpie de fusion et le point de fusion d'un solide cristallin dépendent de l'intensité des forces d'attraction entre les unités de base présentes dans le cristal. Les molécules dont les forces d'attraction sont faibles forment des cristaux avec des points de fusion bas. Les cristaux constitués de particules dont les forces d'attraction sont plus intenses fondent à des températures plus élevées.
La quantité de chaleur nécessaire pour transformer une mole d'une substance de l'état solide à l'état liquide est l'enthalpie de fusion, ΔHfus de la substance. L'enthalpie de fusion de la glace est de 6,0 kJ/mol à 0 °C. La fusion (fonte) est endothermique.
Le processus réciproque, la congélation, est un processus exothermique dont la variation d'enthalpie est de −6,0 kJ/mol à 0 °C :
Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 10.3 : Transitions de phases.
