FUSION (thermique)

-fusion thermique

La fusion (thermique) est le changement d’état d’un système (corps) passant de solide à liquide

Il s'agit d’augmentation de chaleur, donc d’énergie, donc d’agitation moléculaire, qui détruit les liaisons entre molécules 

 

EQUATION D’ÉTAT des SOLIDES quand il y a FUSION

V = V0.[(1+ αv.ΔT) - βt.Δp]

où V(m3)= volume à un instant t

V0(m3)= volume à l’instant initial t0

ΔT(K)= différence de température entre les temps t0 et t

Δp(Pa)= différence de pression entre les temps t0 et t

αv(K-1)= coefficient de dilatation volumique isobare, valant # de (1 à 6) .10-5 K-1

βt(Pa-1)= compressibilité volumique isotherme (valeurs à voir chapître compressibilité, mais de l'ordre de 103 à 4Pa-1 à TPN pour les gaz et  10-9 à 12 pour les liquides & solides)

Nota: compte tenu des valeurs des coefficients αv et βt  , l’importance de T(température) est bien plus sensible sur la variation de V que celle de la pression (p)

 

TEMPERATURE

-point de fusion = température de fusion d'un corps

Exemples (valeurs arrondies des températures auxquelles des corps deviennent liquides, les plages étant exprimées en °Kelvin et par ordre croissant)

Donc retirer 273 pour avoir les temparatures en ° Centigrades

plage allant de 2 à 14°: gaz très légers : He(4), H²(14)

plage allant de 15 à 28° : gaz néon(24) et parahydrogène

plage allant de 53 à 63°: gaz fluor(53), oxygène(55), azote(63)

plage allant de 90 à 105°: propane(85), méthane(90), lithium(93), éthylène(104)

plage allant de 130 à 195° : éthers(130 à 160), butane(135), pentane(143), éthanol(159), iode(160), alcools légers(170), chlore(172), éthylbenzène(178), toluène(178), amines(180), acétylène(193), CO²(195),

plage allant de 200 à 250°: acétates(200), pétrole(203), potassium(210), octane(216), acides organiques(200 à 260), mercure(234), gazole(243),

plage allant de 255 à 450°: carburants(240 à 270), glycérine(255), brome(266), benzène(268), huiles(270), eau(273), alcools lourds(260 à 300), césium(300), phosphore jaune(317), sodium(364), soufre(386)

plage allant de 460 à 1000°: sélénium(490), étain(505), cadmium(594), plomb(600), zinc(693), antimoine(903), plutonium(914), aluminium(933),

plage allant de 1000 à 2000°: calcium(1113), argent(1235), or(1337), cuivre(1358), uranium(1406), manganèse(1518), béryllium(1550), silicium(1683),

nickel(1728), cobalt(1768), fer(1808)

plage allant de 2000 à 3000°: thorium(2023), platine(2045), carbone, zirconium(2126), chrome(2140), vanadium(2170), céramiques(2300 à 3000), bore(2571), ruthénium(2583), iridium(2683), osmium(2970),

plage au-dessus de 3200°: tungstène(3690), diamant et céramiques réfractaires(3200 à 4200), alliages comme (Hafnium + C + N) atteignant 4400 ° C

 

CAS d'ESPECES de FUSIONS

-fusion à l'échelle particulaire

Pour des cristaux, la fusion survient quand l'amplitude des oscillations atomiques augmente avec la températures

Loi de Lindermann : quand cette amplitude atteint 10% de la distance inter-atomique, il y a fusion (en pratique, c'est # la même valeur pour tous les cristaux soit de 3 à 4.10-10 m.)

L'extension de l'amplitude est (h / 2m.f)1/2  où h(J-s)= action de Planck, f(Hz) la fréquence et m(kg) la masse

-fusion pour une solution

Pour une solution: la température de fusion diminue et est telle que:

dT = Kb.yo (loi de Raoult)

dT(K)= variation (diminution) de température de fusion du solvant

yo(nombre)= la fraction molaire

Kb (en °K) la constante ébullioscopique

-fusion pour eutexie: l'eutexie exprime qu'un alliage de plusieurs solides a, pour un certain pourcentage de répartition de ses composants, une fusion à température minimale constante (comme un corps pur).

Le point de fusion est souvent inférieur à celui de chacun des constituants

 

VOLUME

-variations de volume avec la fusion pour corps usuels (en %,et par ordre croissant)

Glace d'eau(-8)--Sb(-1)--Li(1)--K,In,Na(2)--Sn(3)--Hg,Mg,Pb(4)--Ag,Au,Cd(5)--

Al,Zn(7)

 

CHALEUR MASSIQUE de FUSION

C'est q’(J/kg) c'est à dire la quantité de chaleur Eq(J) nécessaire pour fondre une masse m de 1 kilogramme d’un solide, soit:   q’ = Eq / m

Elle est évolutive en fonction de la température

 

SURFUSION

surfusion est un mot trompeur, car ce n'est pas un retard à la fusion (qui n’existe pas) C'est un retard à la solidification

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