การหลอมเหลวหรือฟิวชั่นคือกระบวนการทางกายภาพที่ทำให้สารเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวกระบวนการนี้เกิดขึ้นเมื่อพลังงานภายในของของแข็งเพิ่มขึ้น โดยทั่วไปเกิดจากการให้ความร้อนหรือความดัน ซึ่งจะทำให้ อุณหภูมิของสารเพิ่มขึ้นจนถึงจุดหลอมเหลวที่จุดหลอมเหลว การเรียงตัวของไอออนหรือโมเลกุลในของแข็งจะแตกตัวออกไปสู่สถานะที่ไม่เป็นระเบียบมากขึ้น และของแข็งจะหลอมเหลวกลายเป็นของเหลว

โดยทั่วไป สารที่อยู่ในสถานะหลอมเหลวจะมีค่าความหนืด ลดลง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ข้อยกเว้นของหลักการนี้คือกำมะถันธาตุซึ่งค่าความหนืดจะเพิ่มขึ้นในช่วงอุณหภูมิ 130 ถึง 190 °C เนื่องจาก การเกิดพอลิเมอไร เซชัน^{[ 1 ]}

สารประกอบอินทรีย์บางชนิดหลอมเหลวผ่านเมโซเฟสซึ่งเป็นสถานะที่มีระเบียบเพียงบางส่วนอยู่ระหว่างของแข็งและของเหลว

จาก มุมมอง ทางอุณหพลศาสตร์ณ จุดหลอมเหลว การเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระของกิบส์∆Gของสารจะมีค่าเป็นศูนย์ แต่การเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปี ( H ) และเอนโทรปี ( S ) จะมีค่าไม่เป็นศูนย์ ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าเอนทาลปีของการหลอมเหลว (หรือความร้อนแฝงของการหลอมเหลว) และเอนโทรปีของการหลอมเหลว ตามลำดับ ดังนั้น การหลอมเหลวจึงจัดเป็นการเปลี่ยนสถานะอันดับหนึ่งการหลอมเหลวเกิดขึ้นเมื่อพลังงานอิสระของกิบส์ของของเหลวต่ำกว่าของของแข็งสำหรับวัสดุนั้น อุณหภูมิที่เกิดการหลอมเหลวขึ้นอยู่กับความดันแวดล้อม

ฮีเลียมที่อุณหภูมิต่ำเป็นข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวที่ทราบกันดีสำหรับกฎทั่วไป^{[ 2 ]}ฮีเลียม-3มีเอนทาลปีของการหลอมเหลวเป็นลบที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0.3 K ฮีเลียม-4ก็มีเอนทาลปีของการหลอมเหลวเป็นลบเล็กน้อยมากที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0.8 K ซึ่งหมายความว่าที่ความดันคงที่ที่เหมาะสม จะต้องดึง ความร้อนออก จากสารเหล่านี้เพื่อให้หลอมเหลวได้^{[ 3 ]}

ในบรรดาเกณฑ์ทางทฤษฎีสำหรับการหลอมเหลว เกณฑ์ของ Lindemann ^{[ 4 ]}และBorn ^{[ 5 ]}เป็นเกณฑ์ที่ใช้บ่อยที่สุดเป็นพื้นฐานในการวิเคราะห์เงื่อนไขการหลอมเหลว

เกณฑ์ของลินเดมันน์ระบุว่าการหลอมเหลวเกิดขึ้นเนื่องจาก "ความไม่เสถียรของการสั่นสะเทือน" เช่น ผลึก หลอมเหลวเมื่อแอมพลิจูดเฉลี่ยของการสั่นสะเทือนทางความร้อนของอะตอมค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับระยะห่างระหว่างอะตอม เช่น < δu ² > ^1/2 > δ _L R _sโดยที่δuคือการกระจัดของอะตอม พารามิเตอร์ของลินเดมันน์δ _L ≈ 0.20...0.25 และR _sคือครึ่งหนึ่งของระยะห่างระหว่างอะตอม^{[ 6 ] : 177} "เกณฑ์การหลอมเหลวของลินเดมันน์" ได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลการทดลองทั้งสำหรับ วัสดุ ผลึกและสำหรับการเปลี่ยนสถานะจากแก้วเป็นของเหลวในวัสดุอสัณฐาน

เกณฑ์ของบอร์นนั้นอิงตามหายนะด้านความแข็งแกร่งที่เกิดจากโมดูลัสเฉือนยืดหยุ่นที่หายไป กล่าวคือ เมื่อผลึกไม่มีความแข็งแกร่งเพียงพอที่จะทนต่อแรงทางกลได้อีกต่อไป มันจะกลายเป็นของเหลว^{[ 7 ]}

ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน จุดหลอมเหลวของสารถือเป็นคุณสมบัติเฉพาะ จุดหลอมเหลวมักจะเท่ากับจุดเยือกแข็งอย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขที่สร้างขึ้นอย่างระมัดระวัง การเย็นตัวยิ่งยวดหรือการร้อนตัวยิ่งยวดเกินจุดหลอมเหลวหรือจุดเยือกแข็งสามารถเกิดขึ้นได้น้ำบนพื้นผิวแก้วที่สะอาดมากมักจะเย็นตัวยิ่งยวดลงหลายองศาต่ำกว่าจุดเยือกแข็งโดยไม่แข็งตัว อิมัลชันละเอียดของน้ำบริสุทธิ์ถูกทำให้เย็นลงถึง −38 °C โดยไม่มีการก่อตัวของนิวเคลียสเพื่อสร้างน้ำแข็ง[ ^{8 ] การ} ก่อตัวของนิวเคลียสเกิดขึ้นเนื่องจากความผันผวนในคุณสมบัติของวัสดุ หากวัสดุอยู่นิ่ง มักจะไม่มีสิ่งใด (เช่น การสั่นสะเทือนทางกายภาพ) ที่จะกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงนี้ และการเย็นตัวยิ่งยวด (หรือการร้อนตัวยิ่งยวด) อาจเกิดขึ้นได้ ในทางอุณหพลศาสตร์ ของเหลวที่เย็นตัวยิ่งยวดอยู่ในสถานะกึ่งเสถียรเมื่อเทียบกับเฟสผลึก และมีแนวโน้มที่จะตกผลึกอย่างฉับพลัน

แก้วเป็นของแข็งอสัณฐานซึ่งโดยทั่วไปจะผลิตขึ้นเมื่อวัสดุหลอมเหลวเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วจนต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะของแก้ว โดยไม่มีเวลาเพียงพอสำหรับการก่อตัวของโครงผลึกปกติ ของแข็งมีลักษณะเฉพาะคือมีการเชื่อมต่อระหว่างโมเลกุลในระดับสูง ในขณะที่ของเหลวมีการเชื่อมต่อของบล็อกโครงสร้างที่ต่ำกว่า การหลอมเหลวของวัสดุของแข็งยังสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นการแพร่กระจายผ่านการเชื่อมต่อที่แตกหักระหว่างอนุภาค เช่น พันธะที่เชื่อมต่อกัน^{[ 9 ]}ในแนวทางนี้ การหลอมเหลวของวัสดุอสัณฐานเกิดขึ้นเมื่อพันธะที่แตกหักก่อตัวเป็นกลุ่มการแพร่กระจายที่มีT _gขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์กึ่งสมดุลของพันธะ เช่น เอนทาลปี ( H _d ) และเอนโทรปี ( S _d ) ของการก่อตัวของพันธะในระบบที่กำหนดภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด: ^{[ 10 ]}

${\displaystyle T_{g}={\frac {H_{d}}{S_{d}+R\ln({\frac {1-f_{c}}{f_{c}}})}},}$

โดยที่f _cคือค่าเกณฑ์การซึมผ่าน และRคือค่าคงที่ของแก๊สสากล

แม้ว่าH _dและS _dจะไม่ใช่พารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์สมดุลที่แท้จริง และอาจขึ้นอยู่กับอัตราการเย็นตัวของสารหลอมเหลว แต่ก็สามารถหาได้จากข้อมูลการทดลองที่มีอยู่เกี่ยวกับความหนืดของวัสดุอสัณฐาน

แม้ในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดหลอมเหลว ก็ยังสามารถสังเกตเห็นฟิล์มกึ่งของเหลวบนพื้นผิวผลึกได้ ความหนาของฟิล์มขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ปรากฏการณ์นี้พบได้ทั่วไปในวัสดุผลึกทุกชนิด การหลอมเหลวก่อนกำหนด นี้ แสดงให้เห็นผลกระทบในปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การยกตัวของดินเนื่องจากน้ำแข็ง การเติบโตของเกล็ดหิมะ และหากพิจารณาถึงส่วนต่อประสานระหว่างผลึก อาจส่งผลต่อการเคลื่อนตัวของธารน้ำแข็งด้วย

ใน ฟิสิกส์ พัลส์อัลตร้าชอร์ต อาจเกิดการหลอมเหลวแบบไม่ใช้ความร้อนขึ้นได้ ซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์ของอะตอม แต่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของศักยภาพระหว่างอะตอมอันเนื่องมาจากการกระตุ้นอิเล็กตรอน เนื่องจากอิเล็กตรอนทำหน้าที่เหมือนกาวที่ยึดอะตอมเข้าด้วยกัน การให้ความร้อนแก่อิเล็กตรอนด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาทีจะเปลี่ยนคุณสมบัติของ "กาว" นี้ ซึ่งอาจทำให้พันธะระหว่างอะตอมแตกและหลอมวัสดุได้แม้ว่าจะไม่มีการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอะตอมก็ตาม^{[ 11 ]}

ในทางพันธุศาสตร์การหลอมดีเอ็นเอหมายถึงการแยกดีเอ็นเอสองสายออกเป็นสองสายเดี่ยวโดยการให้ความร้อนหรือการใช้สารเคมี เช่นปฏิกิริยาลูกโซ่พอลิเมอเรส

• รายชื่อธาตุเคมีพร้อมจุดหลอมเหลว
• แผนภาพเฟส
• การหลอมละลายของโซน

• ความหมายของคำว่า"ละลาย"ในพจนานุกรมวิกิพีเดีย