FUSION: EN QUOI CONSISTE-T-ELLE, EXEMPLES ET EXPÉRIENCES - CHIMIE - 2025

La fusion est le changement d'état de solide à liquide pour une substance dans une plage de température. Si la substance présente un degré de pureté élevé, la plage correspond à une température spécifique: le point de fusion. Et lorsqu'il y a un certain degré d'impuretés, le point de fusion est représenté par une plage (par exemple 120-122 ° C).

C'est l'un des processus physiques les plus courants dans la nature. Les solides absorbent la chaleur et augmentent leur température jusqu'à ce que les premières gouttes de liquide commencent à se former. Ensuite, d'autres gouttes suivent les premières, et tant que tout le solide n'a pas fondu, sa température reste constante.

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Parce que? Car toute la chaleur est consommée pour produire plus de liquide, au lieu de chauffer ce dernier. Par conséquent, le solide et le liquide ont la même température et coexistent en équilibre. Si l'apport de chaleur est constant, l'équilibre finit par se déplacer vers la formation complète de liquide.

Pour cette raison, lorsqu'une stalactite de glace commence à fondre au printemps, une fois que le changement d'état a commencé, elle ne se terminera pas tant qu'elle n'aura pas été transformée en eau liquide. Dans l'image ci-dessus, on peut voir que même des cristaux de glace flottent à l'intérieur d'une goutte suspendue.

La détermination du point de fusion d'une substance inconnue est un excellent test pour l'identifier (tant qu'elle ne contient pas beaucoup d'impuretés).

Il révèle également la force des interactions entre les molécules qui composent le solide; à mesure qu'il fond à des températures plus élevées, plus ses forces intermoléculaires sont fortes.

Quelle est la fusion?

La fusion consiste en un changement d'état du solide au liquide. Les molécules ou atomes dans le liquide ont une énergie moyenne plus élevée lorsqu'ils se déplacent, vibrent et tournent à des vitesses plus élevées. En conséquence, cela crée une augmentation de l'espace intermoléculaire et donc une augmentation du volume (bien que ce ne soit pas le cas de l'eau).

Comme dans le solide, les molécules sont dans une disposition plus compacte, elles manquent de liberté dans leur mouvement et elles ont une énergie moyenne plus faible. Pour que la transition solide-liquide se produise, les molécules ou atomes du solide doivent vibrer à des vitesses plus élevées en absorbant la chaleur.

Pendant qu'il vibre, un ensemble de molécules se sépare qui se réunissent pour former la première goutte. Et ainsi, la fusion n'est rien de plus qu'une fusion du solide causée par l'effet de la chaleur. Plus la température est élevée, plus le solide fondra rapidement.

En particulier, la fusion peut conduire à la formation de tunnels et de pores à l'intérieur du solide. Cela peut être démontré à travers une expérience dédiée aux enfants.

Fusion de mélanges solides et d'émulsions

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La glace

La fusion fait référence à la fusion à chaud d'une substance ou d'un mélange. Cependant, le terme a également été utilisé pour désigner la fusion d'autres substances qui ne sont pas strictement classées comme solides: les émulsions.

L'exemple idéal est la crème glacée. Ce sont des émulsions d'eau glacée (et dans certaines, cristallisées), avec de l'air et des graisses (lait, crème, cacao, beurre, etc.).

La crème glacée fond ou fond car la glace dépasse son point de fusion, l'air commence à s'échapper et le liquide finit par entraîner le reste de ses composants.

La chimie de la crème glacée est extrêmement complexe et représente un point d'intérêt et de curiosité lorsque l'on considère la définition de la fusion.

Glace sucrée et salée

En ce qui concerne les autres mélanges solides, on ne peut pas proprement parler de point de fusion à des fins analytiques; c'est-à-dire qu'il ne s'agit pas d'un critère décisif pour identifier une ou plusieurs substances. Dans un mélange, au fur et à mesure qu'un composant fond, les autres peuvent se dissoudre dans la phase liquide, qui est diagonalement opposée à une fusion.

Par exemple, un mélange solide glace-sucre-sel fondra complètement dès que la glace commencera à fondre. Puisque le sucre et le sel sont très solubles dans l'eau, cela les dissoudra, mais cela ne signifie pas que le sucre et le sel ont fondu.

Exemples

Dans la cuisine

Quelques exemples courants de fusion peuvent être trouvés dans la cuisine. Les beurres, chocolats, chewing-gums et autres bonbons fondent s'ils reçoivent la chaleur directe du soleil ou s'ils sont enfermés dans des espaces chauds. Certains bonbons, comme les guimauves, sont volontairement fondus pour profiter au mieux de leurs saveurs.

De nombreuses recettes indiquent qu'un ou plusieurs ingrédients doivent d'abord être fondus avant d'être ajoutés. Les fromages, les graisses et le miel (très visqueux) font également partie de ces ingrédients.

Dans les ornementations

Pour décorer certains espaces et objets, des métaux, du verre et des céramiques de différents motifs sont utilisés. Ces ornements peuvent être vus sur la terrasse d'un immeuble, dans le verre et les mosaïques de certains murs, ou dans les objets en vente à l'intérieur des bijoutiers.

Tous sont composés de matériaux qui fondent à très haute température, ils doivent donc d'abord fondre ou ramollir pour les travailler et leur donner les formes désirées.

C'est alors que le fer à incandescence est travaillé, comme le font les forgerons dans la fabrication d'armes, d'outils et d'autres objets. De même, la fusion permet l'obtention d'alliages par soudage de deux ou plusieurs métaux dans des proportions de masse différentes.

À partir de verre fondu, vous pouvez créer des personnages décoratifs tels que des chevaux, des cygnes, des hommes et des femmes, des souvenirs de voyage, etc.

Dans la nature

Les principaux exemples de fonte dans la nature peuvent être vus dans la fonte des icebergs; dans la lave, mélange de roches fondues par la chaleur intense à l'intérieur des volcans; et dans la croûte de la planète, où prédomine la présence de métaux liquides, en particulier le fer.

Points de fusion des substances les plus courantes

Une série de substances courantes avec leurs points de fusion respectifs sont énumérées ci-dessous:

-Glace, 0 ° C

-Paraffine, 65,6 ° C

-Chocolats, 15,6-36,1ºC (notez qu'il s'agit d'une plage de température, car il y a des chocolats qui fondent à des températures plus basses ou plus élevées)

-Acide palmitique, 63 ° C

-Agar, 85 ° C

-Phosphore, 44 ° C

-Aluminium, 658 ° C

-Calcium, 851 ° C

-Or, 1083 ° C

-Cuivre, 1083ºC

-Fer, 1530 ° C

–Mercure, -39ºC (il est liquide à température ambiante)

-Gaz méthane, -182ºC

-Éthanol, -117ºC

-Carbone graphite, 4073ºC

-Charbon diamant, 4096ºC

Comme on peut le voir, généralement les métaux, en raison de leurs liaisons métalliques, ont les points de fusion les plus élevés. Cependant, le carbone les dépasse malgré des liaisons covalentes, mais avec des arrangements moléculaires très stables.

Les petites molécules apolaires, comme le méthane et l'éthanol, n'interagissent pas assez fortement pour rester solides à température ambiante.

Du reste, la force des interactions intermoléculaires au sein du solide peut être déduite en mesurant son point de fusion. Un solide qui résiste à des températures torrides doit avoir une structure très stable.

En général, les solides covalents non polaires ont des points de fusion inférieurs à ceux des solides covalents polaires, ioniques et métalliques.

Expérience pour expliquer la fusion pour les enfants et les adolescents

Dômes de glace colorés

C'est peut-être l'une des expériences les plus artistiques et les plus simples pour expliquer la fusion aux enfants. Vous avez besoin:

-Certaines assiettes, de telle sorte que lorsque l'eau y gèle, elles forment des dômes

-Un grand plateau pour assurer une surface où la glace peut fondre sans causer de ravages

-Sel (peut-être le moins cher du marché)

-Coloriage de légumes, et un compte-gouttes ou une cuillère pour les ajouter

Une fois les dômes de glace obtenus et placés sur le plateau, une quantité relativement faible de sel est ajoutée à leur surface. Le simple contact du sel avec la glace provoquera des rivières d'eau qui mouilleront le plateau.

En effet, la glace a une forte affinité pour le sel et il se produit une solution dont le point de fusion est inférieur à celui de la glace.

Quelques gouttes de colorant alimentaire sont ensuite ajoutées aux dômes. La couleur va pénétrer les tunnels du dôme et tous ses pores, comme les premières conséquences de sa fusion. Le résultat est un carnaval de couleurs emprisonnées dans la glace.

Enfin, les colorants se mélangeront dans l'eau du plateau, donnant un autre spectacle visuel aux petits spectateurs.

Armoire thermique

Dans une armoire à température contrôlée, un certain nombre de substances peuvent être placées dans des conteneurs résistants à la chaleur. Le but de cette expérience est de montrer aux adolescents que chaque substance a son propre point de fusion.

Quelles substances peuvent être choisies? Logiquement, ni les métaux ni les sels ne peuvent entrer dans l'armoire, car ils fondent à des températures supérieures à 500 ° C (l'armoire fondrait).

Par conséquent, parmi la liste des substances, celles qui ne dépassent pas 100 ° C pourraient être choisies, par exemple: le mercure (en supposant que l'armoire puisse être refroidie en dessous de -40 ° C), la glace, le chocolat, la paraffine et l'acide palmitique.

Les adolescents (et les enfants aussi) regardaient le mercure se transformer en un liquide noir métallique; puis la fonte de la glace blanche, des tablettes de chocolat, de l'acide palmitique et enfin de la bougie à la paraffine.

Pour expliquer pourquoi la paraffine fond à des températures plus élevées que le chocolat, il faudra analyser ses structures.

Si la paraffine et l'acide palmitique sont tous deux des composés organiques, le premier doit être constitué d'une molécule plus lourde, ou d'une molécule plus polaire (ou des deux à la fois). L'explication de ces observations pourrait être laissée comme devoir aux élèves.

Références

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