Pourquoi le volume diminue-t-il lors de la fusion ?

Pourquoi le volume diminue-t-il lors de la fusion ?

La fusion est un changement d'état de la matière solide à liquide. Lorsque les molécules d'une substance solide sont chauffées, elles gagnent en énergie cinétique et commencent à vibrer plus intensément. À un certain point, la force des liaisons intermoléculaires qui maintiennent les molécules ensemble n'est plus suffisante pour les empêcher de se déplacer, et la substance fond.

Réarrangement moléculaire et liaisons intermoléculaires

Pendant la fusion, les molécules subissent un réarrangement moléculaire. Dans un solide, les molécules sont étroitement liées et disposées dans un réseau cristallin ordonné. Lorsque la substance fond, ce réseau est rompu et les molécules deviennent plus mobiles.

Cependant, les molécules ne se comportent pas comme des billes de billard totalement indépendantes. Elles continuent d'interagir les unes avec les autres par des forces intermoléculaires, qui peuvent être plus ou moins fortes selon la substance.

Formation de liaisons intermoléculaires plus fortes

Lorsque les molécules se rapprochent pendant la fusion, elles forment des liaisons intermoléculaires plus fortes. Ces liaisons sont appelées liaisons hydrogène, liaisons de van der Waals ou liaisons dipolaires.

L'établissement de ces liaisons plus fortes rapproche les molécules entre elles. Même si l'agitation thermique des molécules augmente en raison de la température plus élevée, le rapprochement causé par les liaisons intermoléculaires plus fortes entraîne une diminution globale du volume pour certaines substances.

Variation de volume selon les forces intermoléculaires

La variation de volume lors de la fusion dépend des forces intermoléculaires spécifiques qui agissent entre les molécules. Les substances avec des forces intermoléculaires plus fortes auront tendance à diminuer plus en volume lors de la fusion que celles avec des forces intermoléculaires plus faibles.

Par exemple, l'eau, qui a de fortes liaisons hydrogène, diminue en volume d'environ 9 % lors de la fusion. En revanche, le mercure, qui a des forces intermoléculaires relativement faibles, ne diminue que de 3,5 % en volume lors de la fusion.

Conclusion

La diminution de volume lors de la fusion est un phénomène contre-intuitif qui est causé par un réarrangement moléculaire et la formation de liaisons intermoléculaires plus fortes. Ce rapprochement des molécules l'emporte sur l'expansion causée par l'augmentation de l'agitation thermique, entraînant une diminution globale du volume pour certaines substances.