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融解、または融合とは、物質が固体から液体へと相転移する物理的プロセスです。これは、固体内部のエネルギーが増加したとき、通常は熱や圧力を加えることによって起こり、その結果、物質の温度が融点まで上昇します。融点では、固体中のイオンや分子の秩序が崩れ、より無秩序な状態になり、固体は溶けて液体になります。
溶融状態の物質は、一般的に温度の上昇とともに粘度が低下します。この原則の例外は単体硫黄で、重合 により130 ℃から190 ℃の範囲で粘度が増加します。[ 1 ]
一部の有機化合物は、固体と液体の間の部分的な秩序状態であるメソフェーズを経て融解する。
熱力学的な観点から見ると、融点では物質のギブズ自由エネルギー変化ΔGはゼロですが、エンタルピー（H）とエントロピー（S）にはゼロではない変化が生じます。これらはそれぞれ融解エンタルピー（または融解潜熱）と融解エントロピーとして知られています。したがって、融解は一次相転移に分類されます。融解は、その物質の液体のギブズ自由エネルギーが固体のギブズ自由エネルギーよりも低くなったときに起こります。この現象が起こる温度は、周囲の圧力に依存します。
低温ヘリウムは、一般的な規則に対する唯一の既知の例外である。[ 2 ]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つ。ヘリウム4も、0.8 K以下でごくわずかに負の融解エンタルピーを持つ。これは、適切な定圧下では、これらの物質を融解させるために熱を取り除く必要があることを意味する。 [ 3 ]
融解の理論的基準の中で、リンデマン[ 4 ]とボルン[ 5 ]の基準は、融解条件を分析するための基礎として最も頻繁に使用されています。
リンデマン基準によれば、融解は「振動不安定性」によって起こる。例えば、原子の熱振動の平均振幅が原子間距離に比べて比較的大きい場合、例えば < δu 2 > 1/2 > δ L R sの場合、結晶が融解する。ここで、δuは原子変位、リンデマンパラメータδ L ≈ 0.20...0.25、R sは原子間距離の半分である。[ 6 ] : 177 「リンデマン融解基準」は、結晶性材料と非晶質材料のガラス-液体転移の両方について実験データによって裏付けられている。
ボルンの基準は、弾性せん断弾性率が消失することによって引き起こされる剛性破局に基づいている。つまり、結晶が機械的に荷重に耐えるのに十分な剛性を持たなくなると、液体になる。[ 7 ]
標準的な条件下では、物質の融点は特性です。融点は凝固点と等しいことが多いです。しかし、注意深く作られた条件下では、融点または凝固点を超えて過冷却または過熱が発生することがあります。非常にきれいなガラス表面上の水は、凍結せずに凝固点より数度低い温度まで過冷却されることがよくあります。純水の微細なエマルジョンは、核生成なしに氷を 形成するために-38℃まで冷却されています。[ 8 ] 核生成は、物質の特性の変動によって発生します。物質が静止している場合、この変化を引き起こすもの（物理的な振動など）がほとんどなく、過冷却（または過熱）が発生する可能性があります。熱力学的には、過冷却された液体は結晶相に対して準安定状態にあり、突然結晶化する可能性が高いです。
ガラスは非晶質固体であり、通常、溶融材料がガラス転移温度以下に非常に急速に冷却され、規則的な結晶格子が形成されるのに十分な時間がないときに製造されます。固体は分子間の接続性が高いことが特徴であり、流体は構造ブロックの接続性が低くなっています。固体材料の融解は、粒子間の接続が切断されたことによるパーコレーション、たとえば結合を介したパーコレーションと考えることもできます。[ 9 ]このアプローチでは、切断された結合がパーコレーション クラスターを形成し、T gが特定の条件下における特定のシステムでの結合の形成のエンタルピー ( H d ) およびエントロピー ( S d )などの準平衡熱力学的パラメータに依存するときに、非晶質材料の融解が発生します。[ 10 ]
ここで、fcは浸透閾値であり、Rは普遍気体定数である。
H dとS d は真の平衡熱力学的パラメータではなく、溶融物の冷却速度に依存する可能性があるが、非晶質材料の粘度に関する入手可能な実験データから求めることができる。
結晶表面では、融点以下でも準液体状の膜が観察される。この膜の厚さは温度に依存する。この現象は、すべての結晶性物質に共通する。この予融解は、例えば凍上現象、雪片の成長、そして粒界界面を考慮に入れると、氷河の移動にも影響を及ぼす可能性がある。
超短パルス物理学では、いわゆる非熱的融解が起こる可能性がある。これは原子の運動エネルギーの増加によるものではなく、電子の励起による原子間ポテンシャルの変化によるものである。電子は原子同士をくっつける接着剤のような働きをするため、フェムト秒レーザーで電子を加熱すると、この「接着剤」の性質が変化し、原子間の結合が切断されて、原子温度の上昇がなくても物質が融解する可能性がある。[ 11 ]
遺伝学において、DNAの融解とは、加熱または化学薬剤の使用、ポリメラーゼ連鎖反応によって、二本鎖DNAを2本の一本鎖に分離することを意味する。
Wiktionaryにおけるmeltingの辞書定義