凝固
níng gù
凝固是液体失去足够热量、使粒子锁定在固定位置而变为固态的物态变化。
Definition
凝固，又称固化，是液体释放出足够的热能，使吸引力把粒子锁定在固定位置，从而由液态转变为固态的物态变化；它发生在凝固点，对纯净物而言，凝固点与熔点相同，在这一过程中温度保持不变，同时不断放出热量，所以凝固是熔化的逆过程。凝固是一种放热转变，需要成核，也就是必须先形成一个小的有序粒子团簇，晶体才能继续生长；因此一种非常纯净的液体可以过冷到低于其正常凝固点，直到最终出现一个晶核为止。溶解的溶质会通过依数性关系 $\Delta T_f = iK_f m$ 降低凝固点，其中 $K_f$ 是溶剂的凝固点降低常数。
Example
水在冰箱里凝固成冰块，熔化的蜡冷却后凝固成坚硬的蜡烛，而凝固并不一定要让人感觉寒冷，因为液态铁会在高于 $1500^\circ\text{C}$ 的温度下凝固成固态铁。水在 $0^\circ\text{C}$ 凝固时，每克会释放出 $334\text{ J}$ 的热量，这也是农民在霜冻来临前给果树喷水的原因：结冰水释放出的热量能保护花芽。把 $1.00\text{ mol}$ 的 $NaCl$ 溶解在 $1.00\text{ kg}$ 水中，$i = 2$，$\Delta T_f = 3.72^\circ\text{C}$，所以该溶液在 $-3.72^\circ\text{C}$ 凝固；而非常纯净的水在洁净的容器中，可以过冷到 $-40^\circ\text{C}$ 才会自发凝固。
Key Insight
溶解的物质会降低液体的凝固点，这就是为什么海水在约 $-1.9^\circ\text{C}$ 才结冰，防冻液能使汽车冷却液在 $-37^\circ\text{C}$ 甚至更低的温度下仍保持液态。快速凝固会生成许多细小的晶体，而缓慢凝固则会生成数量较少、体积较大的晶体，这正是细腻冰淇淋与颗粒感冰淇淋之间的区别，也是细粒火成岩与粗粒火成岩之间的区别。