凝固

凝固是一种相变，当液体的温度降低到其凝固点以下时，它就变成了固体。根据国际上既定的定义，凝固是指液体或物质的液体含量的凝固相变，通常是由于冷却造成的。

对于大多数物质来说，熔点和凝固点是相同的温度；但是，某些物质拥有不同的固-液转变温度。例如，琼脂在其熔点和凝固点上显示出一种滞后性。它在85 °C（185 °F）时熔化，在32 °C至40 °C（89.6 °F至104 °F）时凝固。

大多数液体通过结晶而冻结，从均匀的液体中形成结晶性固体。这是一个一阶热力学相变，这意味着只要固体和液体共存，整个系统的温度就几乎等于熔点，这是因为与空气接触时，热量消除缓慢，而空气是一个不良的热导体。由于融合的潜热，冻结的速度xxx减慢，一旦开始冻结，温度就不会再下降，但一旦冻结结束就会继续下降。

结晶包括两个主要事件，成核和晶体生长。成核是分子开始聚集成团的步骤，在纳米尺度上，以确定和周期性的方式排列，定义了晶体结构。晶体生长是核的后续生长，它成功地达到了临界集群的大小。冻结和熔化的热力学是物理化学中的一门经典学科，如今它与计算机模拟一起发展。

尽管有热力学第二定律，纯液体的结晶通常在比熔点更低的温度下开始，这是由于同质成核的高活化能。晶核的产生意味着在新相的边界处形成一个界面。根据每个相的表面能，要消耗一些能量来形成这个界面。如果一个假设的核太小，形成它的体积所释放的能量不足以形成它的表面，核化就不会进行。直到温度低到足以提供足够的能量来形成稳定的核时，凝固才会开始。在含有容器的表面存在不规则现象、固体或气体杂质、预先形成的固体晶体或其他成核物的情况下，可能会发生异质成核，其中一些能量通过先前界面的部分破坏而释放，将过冷点提高到接近或等于熔点。在1个大气压下，水的熔点非常接近0 °C（32 °F，273.15 K），在有成核物质的情况下，水的冰点接近熔点，但在没有成核物质的情况下，水在冻结前可以过冷到-40 °C（-40 °F；233 K）。在高压下（2000个大气压），水在冻结前会过冷到-70 °C（-94 °F; 203 K）。

凝固几乎总是一个放热的过程，这意味着当液体变为固体时，热量和压力被释放出来。这通常被认为是违反直觉的，因为在凝固过程中材料的温度并没有上升，除非液体被过冷了。但这可以理解，因为热量必须不断地从冻结的液体中移除，否则冻结过程就会停止。冻结时释放的能量是一种潜热，被称为聚变焓，与熔化相同数量的固体所需的能量完全相同。

低温氦气是这个一般规则的xxx已知例外。氦-3在低于0.3K的温度下具有负的聚变焓。 这意味着，在适当的恒压下，必须向这些物质添加热量才能将其冻结。

某些材料，如玻璃和甘油，可以不经结晶而硬化；这些材料被称为非晶态固体。无定形材料以及一些聚合物没有凝固点，因为在任何特定温度下都没有突然的相变。相反，在一定的温度范围内，它们的粘弹性能会逐渐变化。

这种材料的特点是在玻璃化温度下发生玻璃化转变，这可以大致定义为材料的密度与温度图的膝点。由于玻璃化是一个非平衡过程，它不符合冻结的条件，因为冻结需要在结晶和液体状态之间达到平衡。

物质的尺寸在受热时增加或膨胀。