Fusion (physique)
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Enphysiqueet enmétallurgie,lafusionest le passage d'un corps de l'état solidevers l'étatliquide.
Pour uncorps pur,c’est-à-dire pour une substance constituée d'atomesoumoléculestous identiques, la fusion s'effectue à température constante ditepoint de fusion.La température de fusion ou de solidification d'un corps pur, appelée « point de fusion », est une constante qui dépend très peu de la pression (contrairement à la température d'ébullition,voirdiagramme de phase).
Si la température de fusion d'un corps pur est une constante physique, sa température de solidification peut, pour sa part, varier. L'eau par exemple peut geler à des températures de l'ordre de -39 °C dans l'atmosphère (surfusion de l'eau).
| Corps pur | Température de fusion / solidification (°C) | Température d'ébullition / liquéfaction (°C) |
|---|---|---|
| Eau | 0°C | 100°C |
| Cyclohexane | 6°C | 81°C |
| Mercure | −39°C | 357°C |
| Fer | 1 535°C | 2 750°C |
Par contre, la température de fusion d'un mélange de corps purs (voirDiagramme de phase > Diagramme binaire et ternaire) s'effectue sur une plage de température (sauf pour uneutectique), et dépend de la proportion de chaque constituant du mélange.
Dans la pratique, le corps est placé dans un récipient, afin de le contenir une fois qu'il sera liquide. On chauffe, en général, le récipient par-dessous, à l'aide d'une flamme ou d'une résistance électrique; la fusion commence donc par la partie en contact avec le récipient. Dans un four, la chaleur est apportée par l'air et par radiation des parois, c'est donc en priorité le dessus qui fond. En métallurgie, on pratique parfois la fusion par unarc électrique(soudure à l'arc,acier électrique): l'énergie de chauffage est apportée par le passage du courant dans l'air entre les électrodes. Lorsque le récipient est dans un métalferromagnétiqueet que le point de fusion du solide est inférieur aupoint de Curiedu récipient, on peutchauffer par induction.Les corps non-conducteurs peuvent être chauffés parmicro-ondes.
Fusion d'un corps pur
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Lorsque l'on chauffe un corps pur solide, sa température augmente. Puis, arrivé au point de fusion, la chaleur apportée sert à la transformation solide → liquide, la température reste stable. Une fois la fusion terminée, la chaleur apportée fait monter la température du liquide.
La chaleur nécessaire pour faire fondre le corps est appeléenthalpie de fusionou chaleur latente de fusion, Lf.Elle est exprimée par unité dequantité de matière(J/mol) ou par unité de masse (J/kg).
Fusion d'un système binaire
[modifier|modifier le code]Système immiscible à l'état solide
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Système à solubilité totale
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Dans certains cas, deux corps purs peuvent se mélanger parfaitement à l'état solide. C'est le cas par exemple des alliages or-argent (Au-Ag) ou bismuth-antimoine (Bi-Sb). Les atomes ou molécules des deux corps purs sont mélangées de manière aléatoire, on parle de «solution solideunique ». Dans ces cas-là, la température évolue de manière continue durant la fusion. Cependant, la courbe de chauffe s'incurve, puisque seule une partie de l'énergie apportée fait augmenter la température, l'autre partie sert à la fusion. Si l'on reporte la température de début et de fin de solidification en fonction de la composition chimique (diagramme dit « binaire »), on obtient un fuseau unique.
En fait, le système ne s'est pas solidifié de manière uniforme, la composition n'est pas la même partout dans le solide (phénomène deségrégation). La température de fusion n'est donc pas uniforme. La solidification classique commence par les bords et se termine au centre; la fusion suit donc l'ordre inverse, puisque le centre est la partie ayant le plus bas point de fusion.
Système à solubilité limitée
[modifier|modifier le code]Notes et références
[modifier|modifier le code]Voir aussi
[modifier|modifier le code]Articles connexes
[modifier|modifier le code]Liens externes
[modifier|modifier le code]- Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes:
Bibliographie
[modifier|modifier le code]- «Le point de fusion», suralloprof.qc.ca
- «Point de fusion», surlachimie.fr
- «Point de fusion», surelementschimiques.fr
