凝固

凝固是一種相變，當液體的溫度降低到其凝固點以下時，它就變成了固體。根據國際上既定的定義，凝固是指液體或物質的液體含量的凝固相變，通常是由于冷卻造成的。

對于大多數物質來說，熔點和凝固點是相同的溫度；但是，某些物質擁有不同的固-液轉變溫度。例如，瓊脂在其熔點和凝固點上顯示出一種滯后性。它在85 °C（185 °F）時熔化，在32 °C至40 °C（89.6 °F至104 °F）時凝固。

大多數液體通過結晶而凍結，從均勻的液體中形成結晶性固體。這是一個一階熱力學相變，這意味著只要固體和液體共存，整個系統的溫度就幾乎等于熔點，這是因為與空氣接觸時，熱量消除緩慢，而空氣是一個不良的熱導體。由于融合的潛熱，凍結的速度xxx減慢，一旦開始凍結，溫度就不會再下降，但一旦凍結結束就會繼續下降。

結晶包括兩個主要事件，成核和晶體生長。成核是分子開始聚集成團的步驟，在納米尺度上，以確定和周期性的方式排列，定義了晶體結構。晶體生長是核的后續生長，它成功地達到了臨界集群的大小。凍結和熔化的熱力學是物理化學中的一門經典學科，如今它與計算機模擬一起發展。

盡管有熱力學第二定律，純液體的結晶通常在比熔點更低的溫度下開始，這是由于同質成核的高活化能。晶核的產生意味著在新相的邊界處形成一個界面。根據每個相的表面能，要消耗一些能量來形成這個界面。如果一個假設的核太小，形成它的體積所釋放的能量不足以形成它的表面，核化就不會進行。直到溫度低到足以提供足夠的能量來形成穩定的核時，凝固才會開始。在含有容器的表面存在不規則現象、固體或氣體雜質、預先形成的固體晶體或其他成核物的情況下，可能會發生異質成核，其中一些能量通過先前界面的部分破壞而釋放，將過冷點提高到接近或等于熔點。在1個大氣壓下，水的熔點非常接近0 °C（32 °F，273.15 K），在有成核物質的情況下，水的冰點接近熔點，但在沒有成核物質的情況下，水在凍結前可以過冷到-40 °C（-40 °F；233 K）。在高壓下（2000個大氣壓），水在凍結前會過冷到-70 °C（-94 °F; 203 K）。

凝固幾乎總是一個放熱的過程，這意味著當液體變為固體時，熱量和壓力被釋放出來。這通常被認為是違反直覺的，因為在凝固過程中材料的溫度并沒有上升，除非液體被過冷了。但這可以理解，因為熱量必須不斷地從凍結的液體中移除，否則凍結過程就會停止。凍結時釋放的能量是一種潛熱，被稱為聚變焓，與熔化相同數量的固體所需的能量完全相同。

低溫氦氣是這個一般規則的xxx已知例外。氦-3在低于0.3K的溫度下具有負的聚變焓。 這意味著，在適當的恒壓下，必須向這些物質添加熱量才能將其凍結。

某些材料，如玻璃和甘油，可以不經結晶而硬化；這些材料被稱為非晶態固體。無定形材料以及一些聚合物沒有凝固點，因為在任何特定溫度下都沒有突然的相變。相反，在一定的溫度范圍內，它們的粘彈性能會逐漸變化。

這種材料的特點是在玻璃化溫度下發生玻璃化轉變，這可以大致定義為材料的密度與溫度圖的膝點。由于玻璃化是一個非平衡過程，它不符合凍結的條件，因為凍結需要在結晶和液體狀態之間達到平衡。

物質的尺寸在受熱時增加或膨脹。