Point de fusion

Le point de fusion ou la température de fusion d'un corps représente la température à une pression donnée, à laquelle un élément pur ou un composé chimique passe de l'état solide à l'état liquide.

Catégories :

Propriété chimique - Chimie générale

Un panneau routier québécois rappelle le point de fusion de l'eau à 0°C

Le point de fusion ou la température de fusion d'un corps représente la température à une pression donnée, à laquelle un élément pur ou un composé chimique passe de l'état solide à l'état liquide. Le point de congélation est la transition inverse. Elle est généralement mesurée sous pression atmosphérique normale (1 atmosphère) et il y a cœxistence entre état solide et état liquide entre ces deux points. Pour une substance pure, les points de fusion et de congélation sont théoriquement égaux et constants à pression fixe. Le point de fusion/congélation le plus connu est certainement celui de l'eau (0 °C), ce dernier ayant étant pris comme zéro de l'échelle centigrade, fréquemment confondue avec l'échelle Celsius^[1].

Il est envisageable de déterminer la nature d'une substance (identification) par la mesure de la température de fusion. Cependant, cette information n'est pas suffisante pour permettre une identification formelle, plusieurs molécules pouvant avoir une température de fusion particulièrement proche. Elle permet par contre d'éliminer du champ du possible des molécules ayant une température de fusion différente de celle mesurée.

Théorie

Graphique de la dépendance de la pression sur la température de fusion de l'eau (MPa/K)

La plupart des substances se liquéfient et se solidifient approximativement à la même température. A titre d'exemple, pour le mercure le point de fusion et de congélation sont 234, 32 K (-38, 83 °C). Cependant, plusieurs substances ont la caractéristique de pouvoir être en surfusion et peuvent par conséquent geler à une température inférieure à leur point de congélation théorique. L'eau en est un exemple car la pression de surface des molécules d'eau pure est complexe à vaincre et on peut retrouver des gouttelettes d'eau jusqu'à -42 °C dans les nuages si elles ne contiennent pas un noyau de congélation^[1].

Thermodynamique

Quand un corps solide pur est chauffé, la température augmente jusqu'à atteindre le point de fusion. Là, la température reste constante tant que le corps n'est pas passé entièrement sous phase liquide. La différence d'énergie pour causer la fusion complète n'est par conséquent pas uniquement celle qu'on doit ajouter pour atteindre la température critique mais également la chaleur latente ( $L f$ ) pour passer à l'état liquide. Du point de vue de la thermodynamique, l'enthalpie ( $H$ ) et l'entropie ( $S$ ) du matériau augmentent par conséquent ( $Δ H, Δ S > 0$ ) à $T$ la température de fusion de telle façon qu'on peut les exprimer lors du changement d'un corps de masse m ainsi :

Δ H = m L f

et $\Delta S=\frac{mL_f}{T}$ ce qui donne $\Delta S = \frac {\Delta H} {T}$

$\ L_f$ Chaleur latente massique exprimée en J/kg

Δ H

Variation d'enthalpie en J

Δ S

Variation d'entropie en J/K

m

masse en kg

T

Température en K

Caractéristiques

Au contraire de la température de vaporisation (point d'ébullition), la température de fusion est assez insensible aux changements de pression, car les volumes molaires de la phase solide et de la phase liquide sont assez proches^[2]^,^[3].

Généralement, quand on reste dans la même famille de composés chimiques, le point de fusion augmente avec la masse molaire. L'élément de la table période ayant la plus haute température de fusion est le tungstène à 3 683 K (3 410 °C) ce qui en a fait un excellent choix pour les lampes à incandescence. Le Ta₄HfC₅ est le réfractaire qui a le point de fusion le plus élevé à 4 488 K (4 215 °C) ^{[réf. nécessaire]}. À l'autre bout du spectre, l'hélium ne se congèle qu'à une température près du zéro absolu et avec une pression de 20 atmosphères.

Le point de fusion est par conséquent un moyen de vérifier la pureté d'une substance : toute impureté fera fluctuer le point de fusion de la substance testée.

Cas spécifiques

La transition entre solide et liquide se produit cependant sur une certaine plage de température pour certaines substances. A titre d'exemple, l'agar-agar fond à 85 °C mais se solidifie entre 31 °C et 40 °C par une processus d'hystérésis. D'autre part, les substances amorphes, comme le verre, n'ont généralement pas de point de fusion, car elles ne subissent pas de fusion elle-même mais une transition vitreuse.

Il existe aussi d'autres exceptions :

Deux formes polymorphes ont fréquemment deux points de fusion différents ;
Pour les molécules, on parle de température de fusion moléculaire^{[réf. nécessaire]}.
Certaines substances n'ont pas de point de fusion observable. Ceci peut être dû à plusieurs phénomènes :
- la sublimation, c'est-à-dire le passage direct à l'état gazeux (par exemple l'iode ou le carbone) ;
- une décomposition à l'état solide (exemple des sels de diazonium) ;
- les polymères réticulés n'ont pas de point de fusion car la réticulation empêche tout glissement des chaînes les unes comparé aux autres. Formellement, le "bloc de polymères" n'est qu'une seule et unique molécule.

Appareils de mesure

Il existe différents appareils de mesure de point de fusion reposant tous sur la restitution d'un gradient de température. Ils peuvent être constitués soit d'une plaque métallique chauffante tel le banc Köffler, soit d'un bain d'huile tel le tube de Thiele.

Température de fusion des corps purs sous pression atmosphérique

Z	Corps pur	Formule chimique	T_f (°C)	T_f (K)
Période 1
1	dihydrogène	H₂	-259, 1 °C	14, 025 K
2	hélium	He	—^[4]	—

Z	Corps pur	Formule chimique	T_f (°C)	T_f (K)
Période 2
3	lithium	Li	180, 5 °C	453, 69 K
4	béryllium	Be	1 278 °C	1 551, 15 K
5	bore	B	2 075, 9 °C	2 349 K
6	graphite	C	3 499, 9 °C	3 773 K
7	diazote	N₂	-210 °C	63, 14 K
8	dioxygène	O₂	-222, 8 °C	50, 35 K
9	difluor	F₂	-219, 6 °C	53, 53 K
10	néon	Ne	-248, 6 °C	24, 56 K

Z	Corps pur	Formule chimique	T_f (°C)	T_f (K)
Période 3
11	sodium	Na	97, 7 °C	370, 87 K
12	magnésium	Mg	649, 9 °C	923 K
13	aluminium	Al	660, 3 °C	933, 47 K
14	silicium	Si	1 413, 9 °C	1687 K
15	phosphore	P	44, 2 °C	317, 3 K
16	soufre	S	115, 2 °C	388, 36 K
17	dichlore	Cl₂	-101, 5 °C	171, 6 K
18	argon	Ar	-189, 3 °C	83, 8 K

Z	Corps pur	Formule chimique	T_f (°C)	T_f (K)
Période 4
19	potassium	K	63, 4 °C	336, 53 K
20	calcium	Ca	841, 9 °C	1115 K
21	scandium	Sc	1 540, 9 °C	1814 K
22	titane	Ti	1 667, 9 °C	1941 K
23	vanadium	V	1 901, 9 °C	2175 K
24	chrome	Cr	1 856, 9 °C	2130 K
25	manganèse	Mn	1 243, 9 °C	1517 K
26	fer	Fe	1 534, 9 °C	1808 K
27	cobalt	Co	1 494, 9 °C	1768 K
28	nickel	Ni	1 454, 9 °C	1728 K
29	cuivre	Cu	1 084, 4 °C	1357, 6 K
30	zinc	Zn	419, 5 °C	692, 68 K
31	gallium	Ga	29, 8 °C	302, 91 K
32	germanium	Ge	938, 3 °C	1211, 4 K
33	arsenic	As	816, 9 °C	1 090 K
34	sélénium	Se	220, 9 °C	494 K
35	dibrome	Br₂	-7, 3 °C	265, 8 K
36	krypton	Kr	-157, 4 °C	115, 79 K

Le tableau suivant donne les températures de fusion des éléments à l'état standard à 1 atm en °C ^[5] :

H
-259

He
-272

Li
181

Be
1 287

B
2 075

C
3 500

N
-210

O
-219

F
-219

Ne
-249

Na
98

Mg
650

Al
660

Si
1 414

P
44

S
115

Cl
-102

Ar
-189

K
64

Ca
842

Sc
1 541

Ti
1 668

V
1 910

Cr
1 907

Mn
1 246

Fe
1 538

Co
1 495

Ni
1 455

Cu
1 085

Zn
420

Ga
30

Ge
938

As
817

Se
221

Br
-7

Kr
-157

Rb
39

Sr
777

Y
1 522

Zr
1 855

Nb
2 477

Mo
2 623

Tc
2 157

Ru
2 333

Rh
1 964

Pd
1 555

Ag
962

Cd
321

In
157

Sn
232

Sb
631

Te
450

I
114

Xe
-112

Cs
29

Ba
727

Hf
2 233

Ta
3 017

W
3 422

Re
3 185

Os
3 033

Ir
2 446

Pt
1 768

Au
1 064

Hg
-39

Tl
304

Pb
327

Bi
271

Po
254

At
302

Rn
-71

Fr
27

Ra
696

La
920

Ce
799

Pr
931

Nd
1 016

Pm
1 042

Sm
1 072

Eu
822

Gd
1 313

Tb
1 359

Dy
1 412

Ho
1 472

Er
1 529

Tm
1 545

Yb
824

Lu
1 663

Ac
1 050

Th
1 750

Pa
1 572

U
1 135

Np
644

Pu
640

Am
1 176

Cm
1 345

Bk
986

Cf
900

Es
860

Fm
1 527

Md
827

No
827

Lr
1 627

Température de fusion des polymères ou corps plastiques

Entre 125 °C et 325 °C pour les divers polymères ou corps plastiques, selon S. A. plastiques Obra.

Type	Sigles	Point de fusion	Température d'utilisation	Exemples
Acrylonitril'objectifadiène styrène	ABS	130 °C	60 °C / -35 °C
POMC ou POM	165 °C	100 °C / -40 °C	Ertacetal
Polyamide 6, 6	PA6-6	255 °C	120 °C / -30 °C	Zytel
Polyamide 6	PA6	220 °C	100 °C / -40 °C	Nylon, Akulon, Ertalon
Polycarbonate	PC	230 °C	135 °C / -60 °C	Makrolon, Lexan, Arla, Resart
Polyester thermo plastique ou Polyéthylène téréphtalate	PETP ou PET	255 °C	100 °C / -20 °C	Arnite, Ertalyte
Polyester thermo plastique transparent	255 °C	150 °C / -20 °C	Griphen, Vivak, Vectan
Polyétheréthercétone	PEEK	220 °C	(250 °C) ? / -60 °C
Polyéthylène basse densité	PEBD	?	70 °C / ?
Polyéthylène haute densité 300	PEHD 300	130 °C	80 °C / -100 °C
PEHD 500	135 °C	80 °C / -100 °C
PEHD 1000	138 °C	80 °C / -260 °C
Polyméthacrylate de méthyle coulé	PMMA plexi gs	180 °C	70 °C / -40 °C	Plexiglass, Polivar, Perspex
Polyméthacrylate de méthyle extrudé	PMMA plexi XT	168 °C	70 °C / -40 °C	Perspex, Acrilex
Polypropylène	PP	163 °C	100 °C / -10 °C
Polystyrène	PS	160 °C	60 °C / -10 °C
PTFE	325 °C	260 °C / -200 °C	Téflon
190 °C	100 °C / -10 °C
PVC	125 °C	60 °C / -10 °C
???	??? / ???	Forex, Kömacel
PVDF	173 °C	140 °C / -40 °C
???	??? / ???

Notes et références

R. Feistel and W. Wagner, «A New Equation of State for H₂O Ice Ih», dans J. Phys. Chem. Ref. Data, vol. 35, 2006, p. 1021–1047 [ lien DOI ]
La température de congélation/fusion de l'eau est 0, 002519 +/- 0.000002 °C
La relation exacte est exprimée dans la formule de Clapeyron
(en) J10 Heat : Change of aggregate state of substances through change of heat content : Change of aggregate state of substances and the equation of Clapeyron-Clausius. Consulté le 2008-02-19
n'existe pas à l'état solide sous 1 atm
(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90^e éd. , Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)

Recherche sur Google Images :

"de point de fusion Stuart"
L'image ci-contre est extraite du site directindustry.fr

Il est possible que cette image soit réduite par rapport à l'originale. Elle est peut-être protégée par des droits d'auteur.

Voir l'image en taille réelle (700 × 495 - 30 ko - jpg)

Refaire la recherche sur Google Images

Recherche sur Amazone (livres) :

Principaux mots-clés de cette page : fusion - température - point - corps - substance - état - pression - eau - pur - solide - congélation - 100 - chimique - liquide - molécules - période - formule - plastiques - conséquent - polymères - 157 -

Ce texte est issu de l'encyclopédie Wikipedia. Vous pouvez consulter sa version originale dans cette encyclopédie à l'adresse http://fr.wikipedia.org/wiki/Temp%C3%A9rature_de_fusion.
Voir la liste des contributeurs.
La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 30/11/2010.
Ce texte est disponible sous les termes de la licence de documentation libre GNU (GFDL).
La liste des définitions proposées en tête de page est une sélection parmi les résultats obtenus à l'aide de la commande "define:" de Google.
Cette page fait partie du projet Wikibis.