Затвердевание, также известное как замерзание, представляет собой фазовый переход вещества, в результате которого образуется твердое тело. Обычно это происходит, когда температура жидкости опускается ниже точки замерзания. Хотя точка замерзания и точка плавления большинства материалов имеют одинаковую температуру, это не относится ко всем веществам, поэтому точка замерзания и точка плавления не обязательно являются взаимозаменяемыми терминами. Например, агар (химическое вещество, используемое в пищевых продуктах и лабораториях) плавится при 85 C (185 F), но затвердевает от 31 C до 40 C (от 89,6 F до 104 F).
Затвердевание – почти всегда экзотермический процесс, то есть тепло выделяется, когда жидкость превращается в твердое тело. Единственное известное исключение из этого правила – затвердевание низкотемпературного гелия. Чтобы произошло замерзание, к гелию-3 и гелию-4 необходимо добавить энергию (тепло).
Затвердевание и переохлаждение
При определенных условиях жидкость может охлаждаться ниже точки замерзания, но не превращаться в твердое тело. Это называется переохлаждением и происходит потому, что большинство жидкостей кристаллизуются и замерзают. При осторожном замораживании воды можно легко наблюдать переохлаждение. Это явление может возникать при отсутствии хороших центров зародышеобразования, из которых может происходить затвердевание. Зарождение – это когда молекулы из организованных кластеров. Как только происходит зародышеобразование, кристаллизация продолжается до тех пор, пока не произойдет затвердевание.
Примеры затвердевания
Несколько примеров затвердевания можно найти в повседневной жизни, в том числе:
- Замораживание воды с образованием льда в лотке для кубиков льда.
- Образование снега
- Затвердевание беконного жира при его охлаждении.
- Затвердевание расплавленного свечного воска.
- Отверждение лавы в твердую породу.