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Fusion
La fusion est le changement d’état qui transforme un solide en liquide. La glace qui devient de l’eau en est l’exemple le plus familier.
Du solide au liquide
Dans un solide, les constituants restent organisés autour de positions relativement stables. Lorsque les conditions permettent la fusion, cette organisation rigide disparaît et la matière devient liquide. Pour la glace, cela correspond au passage de l’eau solide à l’eau liquide.
La glace fond autour de 0 °C
À pression atmosphérique normale, on retient 0 °C comme température de fusion de la glace pure. Cette valeur est aussi le point de congélation de l’eau dans les mêmes conditions. Le passage d’un état à l’autre est réversible : eau liquide et glace restent chimiquement de l’eau, H₂O.
Chauffer ne signifie pas toujours augmenter la température
Lorsqu’un solide pur fond à pression constante, l’énergie apportée sert au changement d’état. Pendant que solide et liquide coexistent, la température peut rester proche de la température de fusion. Une fois toute la matière fondue, un apport supplémentaire d’énergie peut de nouveau faire augmenter la température du liquide.
Un mélange de glace et d’eau peut rester voisin de 0 °C pendant que la glace fond. Le chauffage fournit de l’énergie sans provoquer immédiatement une forte hausse de température : cette énergie participe à la fusion.
Fusion et dissolution ne sont pas la même chose
Un solide devient liquide. La glace fond et donne de l’eau liquide.
Une substance se répartit dans un solvant pour former une solution. Le sel dans l’eau ne « fond » pas au sens du changement d’état.
Cette confusion est très courante dans la langue quotidienne. En chimie, il vaut mieux dire que le sucre ou le sel se dissout dans l’eau.
Tous les solides fondent-ils à la même température ?
Non. La température de fusion dépend de la substance et de sa structure. Certaines substances ont un point de fusion très élevé ; d’autres fondent facilement. Les impuretés et la pression peuvent également modifier le comportement observé. Pour de nombreux matériaux complexes, la transition peut s’étaler sur une plage de températures plutôt que se produire à une valeur parfaitement nette.
Pourquoi la fusion est-elle utile à identifier ?
La température de fusion est une propriété physique importante. Elle aide à caractériser des substances, à choisir des matériaux pour une utilisation donnée et à comprendre leur comportement lorsqu’ils sont chauffés. En laboratoire, une plage de fusion peut aussi fournir des indications sur l’identité ou la pureté d’un solide.
Un mélange d’eau et de sel peut rester liquide à une température inférieure à 0 °C. Le sel abaisse le point de congélation de l’eau ; il peut donc favoriser la fonte de glace lorsque les conditions de température le permettent. Le phénomène est utilisé pour le déneigement, mais son efficacité diminue lorsqu’il fait très froid.
Pourquoi met-on du sel sur la glace ?
Cette description doit rester qualitative : la fusion réelle dépend de la structure et des interactions propres à chaque matériau. Elle ne consiste pas simplement à « casser toutes les liaisons ». Dans l’eau liquide, par exemple, les molécules continuent d’interagir fortement entre elles.
Dans un solide cristallin, les particules sont liées à une organisation ordonnée. Elles ne sont pas immobiles : elles vibrent autour de positions d’équilibre. Quand l’énergie thermique augmente, l’agitation devient plus importante. À la fusion, l’organisation rigide du solide ne peut plus être maintenue de la même façon et les constituants acquièrent la mobilité caractéristique d’un liquide.
Que se passe-t-il à l’échelle microscopique ?
L’essentiel
La fusion est le passage d’un solide à un liquide. Elle nécessite un apport d’énergie et ne modifie pas nécessairement la nature chimique de la substance. Pour l’eau, le repère courant est 0 °C à pression atmosphérique normale. La fusion ne doit pas être confondue avec la dissolution.