编辑“︁凝固”︁

{{About|物质的相变|血液的凝固|凝血|温度降低的过程|冷却}}
{{Redirect-several|冻结|冷冻}}
'''凝固'''（solidification，freezing）是[[物质]]从[[液态]]转变为[[固态]]的[[相变]]过程或现象。最常见的情况是当[[溫度]]降低時，物質由[[液体]]變為[[固体]]。物質凝固時的溫度稱為'''[[熔點|凝固點]]'''（solidifying/freezing point），其精确定义是：液体开始固化，液相与固相处于平衡时的温度。大多数物质凝固点的数值与[[熔点]]相同。

目前已知的液體幾乎都可以在低溫時凝固成為固體，[[氦]]是唯一的例外，常壓下在[[絕對零度]]時仍為液體（[[液態氦]]），需加壓才能凝固為固體<ref>{{cite web |url=http://scimonth.blogspot.tw/2011/04/blog-post_4617.html |title=多用途的氣體—氦氣 |publisher=科學月刊 |date= |accessdate=2014-02-18 |archive-date=2014-02-22 |archive-url=https://web.archive.org/web/20140222060550/http://scimonth.blogspot.tw/2011/04/blog-post_4617.html |dead-url=no }}</ref>。

[[晶体]]在凝固过程中放出[[热量]]，冷却到一定温度时开始凝固，此时温度保持不变，即为凝固点。[[非晶体]]（如玻璃、石蜡等）在凝固过程中随温度降低而逐渐失去流动性，最后变为固体，但没有凝固点。有些物質的凝固點和熔點會不一様。例如[[洋菜膠]]有熱[[遲滯現象]]：在 85°C會熔化，而凝固點在 31°C至 40°C之間。

==結晶==
{{main|結晶}}
許多液體在凝固時會結晶，形成[[晶体]]的固體。結晶的過程是一階的熱力學相變化，在液態固態共存的期間，系統的平衡溫度不變，等於[[凝固點]]。結晶主要包括二個現象：[[成核]]和[[晶体生长]]。成核是指分子開始聚集形成晶核，在[[奈米]]尺度以已定義的週期形式排列，其排列方式決定了[[晶体结构]]。晶体生长就是晶體持續的變大，最後到達晶核的臨界大小。

==過冷==
{{main|過冷}}
[[File:SuperCool 2009-01-02.ogv|thumb|過冷的水迅速形成冰塊]]
過冷是指液體低於[[熔點]]而沒有凝固的現象。

<!--In spite of the [[second law of thermodynamics]]-->因為{{link-en|勻相核化結晶|homogeneous nucleation}}的活化能，純液體的結晶一般會在略低於[[熔點]]時開始。晶核的形成也表示形成新相和液體之間的相介面，此過程會消耗能量，能量大小依其[[表面能]]而定，假如要形成的晶核太小，形成晶核產生的能量無法形成介面，就不會開始成核的現象。一直要到溫度夠低，可以產生穩定的晶核，才會開始凝固。若容器的表面有不規則，或是有固體或氣體的雜質，已經形成的固體結晶，或是存在成核劑或是振動，就可能會有非勻相核化結晶，其中一些相介面的破壞會釋出能量，使得過冷點接近或等於熔點。

水在一大氣壓下的熔點很接近0&nbsp;℃，若在存在成核劑的情形下，其凝固點會很接近熔點，但若沒有成核劑時，水在0&nbsp;℃以下就會出現[[过冷水|過冷]]的現象，一直要到−40&nbsp;℃才會形成固體<ref>{{cite journal | doi=10.1098/rstb.2002.1082 | author=Lundheim R. | title=Physiological and ecological significance of biological ice nucleators | journal=Philosophical Transactions of the Royal Society B | volume=357 | issue=1423 | year=2002 | pages=937–943  | url = |  pmid=12171657 | pmc=1693005 }}</ref><ref>{{cite journal | doi=10.1098/rsta.2002.1141 | author=Franks F. | title=Nucleation of ice and its management in ecosystems | journal=Philosophical Transactions of the Royal Society A | volume=361 | issue=1804 | year=2003 | pages=557–574 | format=[[PDF]] | url=http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/361/1804/557.long | pmid=12662454 | bibcode=2003RSPTA.361..557F | access-date=2014-02-18 | archive-date=2016-01-28 | archive-url=https://web.archive.org/web/20160128212910/http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/361/1804/557.long | dead-url=no }}</ref>。若是在2,000[[大氣壓]]的高壓下，水在−70&nbsp;℃之前都是處於[[過冷]]的狀態<ref>{{Cite journal | title=Homogeneous nucleation of supercooled water: Results from a new equation of state | first1=CA | last1=Jeffery | first2=PH | last2=Austin | journal=Journal of Geophysical Research | volume=102 | issue=D21 | pages= 25269–25280 |year= November 1997 | doi=10.1029/97JD02243 | bibcode=1997JGR...10225269J | postscript=<!--None--> }}</ref>。

==放熱反應==
{{main|熔化熱}}
凝固過程中多半會[[放热过程|放熱]]，也就是說當液體相變成固體時，會釋放壓力和能量，這部份有些違反直覺<ref>[http://www.sciam.com/article.cfm?id=what-is-an-exothermic-rea What is an exothermic reaction?] {{Wayback|url=http://www.sciam.com/article.cfm?id=what-is-an-exothermic-rea |date=20200425123412 }} ''Scientific American'', 1999</ref>，因為除了[[過冷]]液體外，液體在凝固時溫體不會上昇，但若無法持續的將能量由液體中移出，凝固過程就會停止。凝固釋放的能量為[[潛熱]]，一般稱為[[熔化熱]]，也等於等量固體在熔化時需要的能量。

低溫的[[氦]]是已知唯一凝固時不會放熱的物質<ref>{{Citation |last=Atkins |first=Peter |last2=Jones |first2=Loretta |year=2008 |title=Chemical Principles: The Quest for Insight |edition=4th |publisher=W. H. Freeman and Company |isbn=0-7167-7355-4 |page=236}}</ref>。[[氦3]]在0.3K以下有負的熔化熱，[[氦4]]在0.8K以下有相當輕微的負熔化熱，這表示在特定的壓力下，需要提供熱量才能使氦凝固<ref>{{Citation |last=Ott |first=J. Bevan |last2=Boerio-Goates |first2=Juliana |year=2000 |title=Chemical Thermodynamics: Advanced Applications |publisher=Academic Press |isbn=0-12-530985-6 |pages=92–93}}</ref>。

==玻璃轉化==
{{main|玻璃轉化}}
像[[玻璃]]或[[甘油]]等物質會在沒有結晶的情形下凝固，這稱為[[无定形体]]，无定形体也包括一些沒有凝固點的聚合物，沒有在某一特定溫度下有突然的相變化，其[[粘弹性]]的特性是在一個溫度範圍內漸漸變化。這類物質有一性質稱為[[玻璃转化温度]]，大約可以定義為物質的密度和溫度圖出現明顯[[斜率]]變化的「膝點」。因為玻璃轉化是一個非平衡的過程，在晶相和液相之間未達到平衡狀態，一般不視為'''凝固'''。

== 急冻 ==
急冻，也称“速冻”，是指物体在[[低温物理学|深低温]]环境下快速（几个小时内）凝固的过程。急冻是[[对流层]]形成{{tsl|en|ice cloud|冰云}}的原理，因此[[大气科学]]中极其重要。<ref name=":2">{{Cite web|url=https://www.sciencedaily.com/releases/2013/05/130521152429.htm|title=Better understanding of water's freezing behavior at nanoscale|website=sciencedaily.com|access-date=2017-01-17|archive-date=2018-07-09|archive-url=https://web.archive.org/web/20180709094250/https://www.sciencedaily.com/releases/2013/05/130521152429.htm|dead-url=no}}</ref>急冻样本中的冰晶较小，不会像普通冷冻一样破坏细胞结构，因此在食品保存和生物样本中都有使用。<ref>Da-Wen Sun (2001), Advances in food refrigeration, Yen-Con Hung, Cryogenic Refrigeration, p.318, Leatherhead Food Research Association Publishing,   http://www.worldcat.org/title/advances-in-food-refrigeration/oclc/48154735 {{Wayback|url=http://www.worldcat.org/title/advances-in-food-refrigeration/oclc/48154735 |date=20180123190522 }}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.personal.psu.edu/dsg11/labmanual/DNA_manipulations/Comp_bact_by_RF1_RF2.htm|title=Preparing Competent E. coli with RF1/RF2 solutions|publisher=Personal.psu.edu|access-date=2009-07-03|archive-date=2021-09-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20210923024451/http://www.personal.psu.edu/dsg11/labmanual/DNA_manipulations/Comp_bact_by_RF1_RF2.htm|dead-url=no}}</ref>

==低溫下對生物體的影響==
{{Main|低温生物学}}
許多生物可以長期忍受攝氏零度以下低溫。大部份生物會累積如[[抗凍蛋白]]、多元醇，葡萄糖等[[抗凍劑]]以避免體內的水結凍。大部份植物其至可以生存在−4&nbsp;°C至−12&nbsp;°C的低溫。

像{{link-en|假单胞杆菌|Pseudomonas syringae}}等細菌會產生特殊的蛋白質作為成核劑來，使得水果和植物表面在約−2&nbsp;°C時結冰<ref>{{cite journal | author=Maki LR, Galyan EL, Chang-Chien MM, Caldwell DR | title=Ice nucleation induced by pseudomonas syringae | journal=Applied Microbiology  | volume=28 | issue=3 | year=1974 | pages=456–459 |pmid=4371331 | pmc=186742 }}</ref>，結凍會使得表皮組織受傷，使細菌可以得到中下層植物組織中的養份<ref>{{cite journal | author=Zachariassen KE, Kristiansen E | title=Ice nucleation and antinucleation in nature | journal=Cryobiology | volume=41 | issue=4 | year=2000 | pages=257–279 |pmid=11222024  | doi=10.1006/cryo.2000.2289}}</ref>。

===細菌===
在冰凍上千年的冰塊中分別有發現存活的{{link-en|更新世肉食杆菌|Carnobacterium pleistocenium}}<ref>{{cite web |url=http://newsbig5.chinesewings.com/cgi-bin/k.cgi?id=cq0225185968344 |title=地球凍土層3萬年細菌仍存活 火星生命可能性增加 |publisher=華翼網 |date=2005-02-25 |accessdate=2014-02-18 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20140225213932/http://newsbig5.chinesewings.com/cgi-bin/k.cgi?id=cq0225185968344 |archivedate=2014-02-25 |df= }}</ref>、{{link-en|格陵蘭金黃桿菌|Chryseobacterium greenlandensis}}及Herminiimonas glaciei<ref>{{cite web|url=http://ngmchina.com.cn/web/?action-viewnews-itemid-125966|title=极端条件下的生命|language=|publisher=華夏地理雜誌|date=2009-06-26|accessdate=2014-02-18|archive-date=2014-03-02|archive-url=https://web.archive.org/web/20140302123728/http://ngmchina.com.cn/web/?action-viewnews-itemid-125966|dead-url=yes}}</ref>。

===植物===
植物有一個稱為{{link-en|健化|Hardening (botany)}}的過程，可以使植物在零度以下存活數週到數個月<ref>{{cite web |url=http://content.edu.tw/vocation/garden/ul_ag/library/ch2/222.htm |title=溫度 |publisher=教育部 數位教學資源入口網 |date= |accessdate=2014-02-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20140226214938/http://content.edu.tw/vocation/garden/ul_ag/library/ch2/222.htm |archive-date=2014-02-26 |dead-url=yes }}</ref>。

===動物===
[[捻转血矛线虫]]可以在液態氮中存活44週。其他可以在0&nbsp;°C以下存活的[[线虫]]包括Trichostrongylus colubriformis及Panagrolaimus davidi。許多[[爬蟲類]]及[[兩棲類]]動物可以忍受0&nbsp;°C以下的低溫。

人類的[[配子]]以及2,4,8個細胞的[[胚胎]]可以在冰凍條件下生存到十年，此程序稱為[[深低溫保存]]。

[[人體冷凍技術]]是一種[[試驗]]中的醫學技術，把人體在極低溫的情況下冷藏保存，並希望在未來通過先進的醫療科技使他們解凍後復活及治療。

==食物保存==
{{main|急凍食品}}
冷凍也是一種常見的[[食物保存法]]，可以減緩食物腐壞的速度以及[[微生物]]生長的速度。除了低溫時[[化學反應速率]]變慢外，冷凍時也可以減少[[細菌]]生長所需要的液態水。

== 参见 ==
{{colbegin}}
*[[升华]]
*[[沸腾]]
*[[蒸发]]
*[[融化]]
*[[霜]]
*[[姆潘巴现象]]
*[[相图]]
{{colend}}

==相關條目==
{{reflist}}

{{物质状态}}

{{Authority control}}
[[Category:化学工程]]
[[Category:相变]]
[[Category:大气热力学]]
[[Category:HVAC]]
[[Category:低温生物学]]