Par Claire Gillespie – Mis à jour le 24 mars 2022
Le point de fusion est la température à laquelle un solide se transforme en liquide. Dans un changement de phase réversible, le point de fusion d’une substance pure est égal à son point de congélation – la température à laquelle elle se solidifie. Par exemple, la glace fond à 0°C (32°F) et gèle à la même température, se transformant à nouveau en eau solide. Déterminer le point de fusion d'une substance est un moyen fiable de confirmer son identité, car il est difficile de chauffer des solides bien au-delà de leurs seuils de fusion intrinsèques.
Trois facteurs clés déterminent le point de fusion :la composition moléculaire, la force des forces intermoléculaires et la présence d'impuretés.
Lorsque les molécules sont serrées et symétriquement, le matériau résiste à la fusion. Le néopentane symétrique, par exemple, a un point de fusion plus élevé que son homologue isopentane ramifié car ses molécules s'emboîtent plus étroitement. La taille compte également :les molécules plus petites nécessitent moins d’énergie thermique pour perturber leur arrangement. L'éthanol (C₂H₆O) fond à –114,1 °C (–173,4 °F), tandis que le polymère plus volumineux, l'éthylcellulose, fond à 151 °C (303,8 °F). Les réseaux covalents géants tels que le diamant, le graphite et la silice contiennent des centaines de liaisons covalentes fortes qui doivent se rompre avant de fondre, ce qui leur confère des points de fusion exceptionnellement élevés.
Les fortes attractions entre molécules augmentent le point de fusion. Les composés ioniques présentent des points de fusion élevés en raison de puissantes interactions électrostatiques ion-ion. En chimie organique, la polarité et les liaisons hydrogène élèvent encore les points de fusion. Par exemple, la molécule polaire, le monochlorure d'iode, fond à 27 °C (80,6 °F), tandis que le brome non polaire fond à –7,2 °C (19,0 °F). Plus la polarité ou la capacité de liaison hydrogène est grande, plus il faut d'énergie pour séparer les molécules.
Les solides purs ont une plage de fusion étroite et précise (généralement entre 1 et 2 °C) car leurs molécules sont uniformément emballées. Toute impureté introduit des défauts structurels qui affaiblissent la cohésion intermoléculaire, entraînant une température de fusion plus basse et une plage de fusion plus large. Ce phénomène, appelé abaissement du point de fusion, est un indicateur classique de la pureté des échantillons. Par exemple, un composé organique cristallin qui est une molécule unique bien ordonnée fondra à une température distincte, alors qu'un mélange de deux molécules organiques différentes fondra sur une plage plus large car elles ne peuvent pas s'emboîter parfaitement.