融合のエントロピー

熱力学において、融解エントロピーとは、固体物質を融解させたときに増加するエントロピーのことです。この値はほぼ常に正の値となります。これは、結晶構造を持つ固体から無秩序な液体へと遷移する際に無秩序度が増加するためです。唯一の例外はヘリウムです。^[1]融解エントロピーはと表記され、通常はジュール/モル・ケルビン、J/(mol·K)で表されます。 $\Delta S_{\text{fus}}$

相転移などの自然プロセスは、ギブス自由エネルギーの関連する変化が負のときに発生します。

\Delta G_{\text{fus}}=\Delta H_{\text{fus}}-T\times \Delta S_{\text{fus}}<0,

ここで、 ⁠ ⁠は $\Delta H_{\text{fus}}$ 融解エンタルピーです。これは熱力学方程式なので、記号⁠ ⁠ $T$ は絶対熱力学温度（ケルビン（K）単位）を表します。

平衡は温度が融点に等しいときに起こり、 $T=T_{f}$

\Delta G_{\text{fus}}=\Delta H_{\text{fus}}-T_{f}\times \Delta S_{\text{fus}}=0,

融解エントロピーは融解熱を融点で割ったものです。

\Delta S_{\text{fus}}={\frac {\Delta H_{\text{fus}}}{T_{f}}}

ヘリウム

ヘリウム3は0.3 K以下の温度で負の融解エントロピーを持ちます。ヘリウム4も0.8 K以下の温度でわずかに負の融解エントロピーを持ちます。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。^[2]

アトキンス、ピーター、ジョーンズ、ロレッタ（2008年）、化学原理：洞察の探求（第4版）、WHフリーマン・アンド・カンパニー、p.236、ISBN 978-0-7167-7355-9
Ott, J. Bevan; Boerio-Goates, Juliana (2000)、『化学熱力学：応用編』、Academic Press、ISBN 0-12-530985-6