Congelación
La congelación es el cambio de fase de líquido a sólido que ocurre cuando un líquido pierde suficiente calor para que sus partículas se fijen en posiciones definidas.
Definition
La congelación, o solidificación, es el cambio de fase de líquido a sólido que ocurre cuando un líquido libera suficiente energía térmica para que las fuerzas de atracción fijen sus partículas en posiciones definidas, sucediendo en el punto de congelación, que para una sustancia pura es igual a su punto de fusión, y durante el proceso la temperatura se mantiene constante mientras se libera calor, lo que hace de la congelación lo opuesto a la fusión. Es una transición exotérmica que requiere nucleación, lo que significa que un pequeño grupo ordenado de partículas se debe formar antes de que pueda proceder el crecimiento del cristal, así que un líquido muy puro se puede sobreenfriar por debajo de su punto de congelación normal hasta que finalmente aparece un núcleo, y los solutos disueltos bajan el punto de congelación mediante la relación coligativa $\Delta T_f = iK_f m$, donde $K_f$ es la constante crioscópica del disolvente.
Example
El agua se congela en cubos de hielo en un congelador y la cera derretida se congela en una vela dura mientras se enfría, y congelarse no tiene por qué sentirse frío en absoluto, ya que el hierro líquido se congela en hierro sólido por encima de $1500^\circ\text{C}$. El agua libera $334\text{ J}$ de calor por gramo mientras se congela a $0^\circ\text{C}$, razón por la cual los agricultores rocían los árboles frutales antes de una helada, dejando que el propio calor liberado por el agua congelándose proteja los brotes; disolver $1.00\text{ mol}$ de $NaCl$ en $1.00\text{ kg}$ de agua da $i = 2$ y $\Delta T_f = 3.72^\circ\text{C}$, así que la disolución se congela a $-3.72^\circ\text{C}$, y el agua muy pura en un recipiente limpio se puede sobreenfriar hasta $-40^\circ\text{C}$ antes de congelarse espontáneamente.
Key Insight
Las sustancias disueltas bajan el punto de congelación de un líquido, razón por la cual el agua de mar se congela cerca de $-1.9^\circ\text{C}$ y el anticongelante mantiene el refrigerante de un auto líquido hasta $-37^\circ\text{C}$ o menos. La congelación rápida produce muchos cristales pequeños mientras que la congelación lenta produce pocos y más grandes, exactamente la diferencia entre un helado suave y uno granuloso, y entre una roca ígnea de grano fino y una de grano grueso.