概要 融解エンタルピーは潜熱 です。なぜなら、物質が固体から液体に変化するのに必要な熱エネルギーは、融解中は温度上昇を引き起こさないからです。温度は凝固または融解の過程で一定に保たれ、相変化が完了した後にのみ（エネルギーの投入または除去（冷却）が継続すると仮定して）再び変化し始めます。融解潜熱は、物質が融解する際の任意の量の物質のエンタルピー変化です。融解熱が質量単位で参照される場合、通常は比融解熱 と呼ばれ、モル融解熱は モル単位 の物質量 あたりのエンタルピー変化を指します。
液体相は固体相よりも内部エネルギーが高い。つまり、固体を融解させるにはエネルギーを供給する必要があり、液体が凝固する際にはエネルギーが放出される。これは、液体中の分子間の 分子間力 が弱いため、より高い位置エネルギー（分子間力における一種の結合解離エネルギー ）を持つためである。
液体の水は冷却されると、0℃の凝固点よりわずかに低い温度まで徐々に低下します 。その後、水が結晶化する間、温度は凝固点で一定に保たれます。水が完全に凍結すると、温度は再び低下傾向に戻ります。
融解エンタルピーはほとんどの場合正の値ですが、ヘリウム は唯一の既知の例外です。ヘリウム3は 0.3 K以下の温度で負の融解エンタルピーを持ちます。ヘリウム4も 0.77 K (-272.380 °C) 以下でごくわずかに負の融解エンタルピーを持ちます。これは、適切な一定圧力下では、これらの物質は熱を加えると凍結することを意味します。 4He の場合、この圧力範囲は24.992～25.00 atm (2,533 kPa) です。[ 3 ]
第3周期元素の標準融解エンタルピー変化 元素周期表 第2周期の標準融解エンタルピー変化これらの値は主にCRC 化学物理ハンドブック 第62版からのものです。上記の表におけるcal/gとJ/gの変換には、国際蒸気表のカロリー(cal INT ) = 4.1868ジュールではなく、熱化学カロリー(cal th ) = 4.184ジュールを使用しています。
例 1 kgの液体の水を0 ℃から20 ℃まで加熱するには83.6 kJのエネルギーが必要です（下記参照）。しかし、1 kgの氷を0 ℃から20 ℃まで加熱するには、氷を溶かすための追加のエネルギーが必要です。これら2つのプロセスを独立して扱うことができ、水の比熱容量を4.18 J/(g⋅K)とすると、 273.15 Kの氷1 kgを 293.15 Kの水 （0 ℃から20 ℃）まで加熱するには、次のエネルギーが必要です。（１） 氷の融解熱 333.55 J/g = 333.55 kJ/kg =氷 1 kg を溶かすのに必要なエネルギーは 333.55 kJ であり、 （２）水１kgの温度が２０℃上昇するのに必要なエネルギーは、４．１８ J/(g⋅°C) × ２０ °C = ４．１８ kJ/(kg⋅°C) × ２０ °C = ８３．６ kJである。 氷1kgの温度を20 ℃上昇させるには、 (1 + 2) 333.55 kJ + 83.6 kJ = 417.15 kJのエネルギーが必要である。 シリコンの融解熱は50.21 kJ/molである。50 kWの電力があれば、約100 kgのシリコンを1時間で 溶かすのに必要なエネルギーを供給できる。 50 kW = 50 kJ/秒 = 180,000 kJ /時 180,000 kJ /h × (1 mol Si)/ 50.21 kJ × 28 g Si / 1 kg Si / 1,000 g Si = 100.4 kg/ h
溶解度予測 融解熱は、固体の液体への溶解度を予測するためにも使用できます。 理想溶液 が得られる場合、モル分率は （ x 2 ） {\displaystyle (x_{2})} 融点である 融解熱の関数である。（ T フス ） {\displaystyle (T_{\text{fus}})} 温度 （ T ） {\displaystyle (T)}
ln x 2 = − Δ H フス ∘ R （ 1 T − 1 T フス ） {\displaystyle \ln x_{2}=-{\frac {\Delta H_{\text{fus}}^{\circ }}{R}}\left({\frac {1}{T}}-{\frac {1}{T_{\text{fus}}}}\right)}
ここ、R {\displaystyle R} は気体定数 です。例えば、 298 Kにおける パラセタモール の水への溶解度は次のように予測されます。
x 2 = exp [ − 28100 J mol − 1 8.314 冗談だよ − 1 モル − 1 （ 1 298 K − 1 442 K ） ] = 0.0248 {\displaystyle x_{2}=\exp {\left[-{\frac {28100~{\text{J mol}}^{-1}}{8.314~{\text{JK}}^{-1}~{\text{mol}}^{-1}}}\left({\frac {1}{298~{\text{K}}}}-{\frac {1}{442~{\text{K}}}}\right)\right]}=0.0248}
水とパラセタモールのモル質量はそれぞれ18.0153 g mol⁻¹ と151.17 g mol⁻¹ 1000 g L⁻¹ であるため、溶解度をグラム/リットルで推定すると次のようになり ます 。
0.0248 × 1000 g L − 1 18.0153 g mol − 1 1 − 0.0248 × 151.17 g mol − 1 = 213.4 g L − 1 ${\textstyle {\frac {0.0248\times {\frac {1000~{\text{g L}}^{-1}}{18.0153~{\text{g mol}}^{-1}}}}{1-0.0248}}\times 151.17~{\text{g mol}}^{-1}=213.4~{\text{g L}}^{-1}}$ 1000 g/L * (mol/18.0153g) は、水の密度を基準として、1L の溶液中に含まれる分子のモル数を推定したものです。 0.0248 * (1000 g/L * (mol/18.0153g)) は、飽和溶液中の物質のモル分率であり、単位は mol/L です。 0.0248 * (1000 g/L * (mol/18.0153g)) * 151.17g/mol は溶質のモル分率と質量の換算値です。 1-0.0248は、溶液中の溶媒の割合となる。 これは実際の溶解度（240 g/L）からの11%のずれである。この誤差は、追加の熱容量 パラメータを考慮に入れる ことで低減できる。 [ 6 ]
証拠 平衡状態 では、溶液中の溶質と純粋な固体中の溶質の化学ポテンシャルは同一である。
μ 固体 ∘ = μ 溶質 ∘ {\displaystyle \mu _{\text{solid}}^{\circ }=\mu _{\text{solute}}^{\circ }\,}
または
μ 固体 ∘ = μ 液体 ∘ + R T ln X 2 {\displaystyle \mu _{\text{solid}}^{\circ }=\mu _{\text{liquid}}^{\circ }+RT\ln X_{2}\,}
とR {\displaystyle R\,} 定数 とT {\displaystyle T\,}
式を整理すると次のようになる。
R T ln X 2 = − （ μ 液体 ∘ − μ 固体 ∘ ） {\displaystyle RT\ln X_{2}=-\left(\mu _{\text{liquid}}^{\circ }-\mu _{\text{solid}}^{\circ }\right)\,}
そしてそれ以来
Δ G フス ∘ = μ 液体 ∘ − μ 固体 ∘ {\displaystyle \Delta G_{\text{fus}}^{\circ }=\mu _{\text{liquid}}^{\circ }-\mu _{\text{solid}}^{\circ }\,}
融解熱は純粋な液体と純粋な固体の化学ポテンシャルの差であるため、
R T ln X 2 = − （ Δ G フス ∘ ） {\displaystyle RT\ln X_{2}=-\left(\Delta G_{\text{fus}}^{\circ }\right)\,}
ギブス・ヘルムホルツ方程式 の応用：
（ ∂ （ Δ G フス ∘ T ） ∂ T ） p = − Δ H フス ∘ T 2 {\displaystyle \left({\frac {\partial \left({\frac {\Delta G_{\text{fus}}^{\circ }}{T}}\right)}{\partial T}}\right)_{p\,}=-{\frac {\Delta H_{\text{fus}}^{\circ }}{T^{2}}}}
最終的に以下をもたらす：
（ ∂ （ ln X 2 ） ∂ T ） = Δ H フス ∘ R T 2 {\displaystyle \left({\frac {\partial \left(\ln X_{2}\right)}{\partial T}}\right)={\frac {\Delta H_{\text{fus}}^{\circ }}{RT^{2}}}}
または：
∂ ln X 2 = Δ H フス ∘ R T 2 × δ T {\displaystyle \partial \ln X_{2}={\frac {\Delta H_{\text{fus}}^{\circ }}{RT^{2}}}\times \delta T}
そして統合 により：
∫ X 2 = 1 X 2 = x 2 δ ln X 2 = ln x 2 = ∫ T フス T Δ H フス ∘ R T 2 × Δ T {\displaystyle \int _{X_{2}=1}^{X_{2}=x_{2}}\delta \ln X_{2}=\ln x_{2}=\int _{T_{\text{fus}}}^{T}{\frac {\Delta H_{\text{fus}}^{\circ }}{RT^{2}}}\times \Delta T}
結果は次のとおりです。
ln x 2 = − Δ H フス ∘ R （ 1 T − 1 T フス ） {\displaystyle \ln x_{2}=-{\frac {\Delta H_{\text{fus}}^{\circ }}{R}}\left({\frac {1}{T}}-{\frac {1}{T_{\text{fus}}}}\right)}
注記 ↑ Hoffer, JK; Gardner, WR; Waterfield, CG; Phillips, NE (1976年4月)「4He の熱力学的性質。II. 2K以下のbcc相とPTおよびVT相図」Journal of Low Temperature Physics 23 (1): 63–102 . Bibcode : 1976JLTP...23...63H . doi : 10.1007/BF00117245 . S2CID 120473493 . ↑ 「 熱エネルギー貯蔵方法」 https://books.google.com/books?id=EsfcWE5lX40C&pg=PA155&q=latent+heat+of+fusion+sodium+acetate"}]]}">155ページ。Thermal Energy Storage 。2021 年 。pp . 125–260。doi : 10.1002 / 9781119713173.ch3。ISBN 978-1-119-71315-9 。 ↑ タオ、ウェン。コン、シャンファ。バオ、安陽。ファン、チュアンガン。張毅（2020年11月17日）。 「酸化グラフェンとシリカ複合体 Naの作製と相変化性能」 2 4 H2 相変化材料 (PCM) を熱エネルギー貯蔵材料として使用」.Materials .13 (22): 5186.doi :10.3390/ma13225186 .PMC 7698442 .PMID 33212870. ↑ Hojjati, H.; Rohani, S. (2006年11月). 「水-イソプロパノール溶液中のパラセタモールの溶解度の測定と予測。パート2. 予測」。Organic Process Research & Development . 10 (6): 1110– 1118. doi : 10.1021/op060074g 。
参考文献 アトキンス、ピーター、ジョーンズ、ロレッタ（2008）、『化学原理：洞察への探求』 （第4 版）、WHフリーマン・アンド・カンパニー、236ページ 、ISBN 978-0-7167-7355-9 Ott, BJ. Bevan; Boerio-Goates, Juliana (2000)、化学熱力学：高度な応用 、Academic Press、ISBN 0-12-530985-6
![{\displaystyle x_{2}=\exp {\left[-{\frac {28100~{\text{J mol}}^{-1}}{8.314~{\text{JK}}^{-1}~{\text{mol}}^{-1}}}\left({\frac {1}{298~{\text{K}}}}-{\frac {1}{442~{\text{K}}}}\right)\right]}=0.0248}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5435f0f0dcd447b5a6ebdbe0d6d74833998c5e65)
