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+ αdv.ΔT) - c.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

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

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

Nota: compte tenu des valeurs des coefficients αdv et c  , 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 ajouter cette valeur à (- 273) pour avoir les températures en ° Centigrades

plage allant de (1 à 14°): gaz très légers : He(1), 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 (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 en fonction de la fraction molaire.

Elle 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

 

-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)

 

La CHALEUR MASSIQUE de FUSION

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’ = E/ m

Elle est évolutive en fonction de la température

 

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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