凝固はとき変化する液体であり 、それは固相に通過させます。液体は、純粋な物質または混合物にすることができます。同様に、変化は温度の低下または化学反応の結果である可能性があります。
この現象はどのように説明できますか？視覚的に、液体は石化または固化し始め、自由に流れるのを停止します。ただし、凝固は実際には微視的なスケールで発生する一連のステップで構成されます。
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凝固の例は、凍結する液体の泡です。上の画像では、雪との接触時に泡が凍結する様子を確認できます。バブルが固まり始める部分は何ですか？雪に直接触れるもの。雪は、泡の分子が落ち着くためのサポートとして機能します。
バブルの底から凝固がすぐに開始されます。これは、表面全体を覆うように伸びる「艶出し松」に見ることができます。これらの松は、分子の秩序だった対称的な配置に過ぎない結晶の成長を反映しています。
凝固が起こるためには、液体の粒子が、それらが互いに相互作用するように配置されることができる必要がある。これらの相互作用は、温度が低下するにつれて強くなり、分子動力学に影響します。つまり、速度が低下し、クリスタルの一部になります。
このプロセスは結晶化と呼ばれ、核（粒子の小さな集合体）とサポートの存在により、このプロセスが加速されます。液体が結晶化すると、固化または凍結したといいます。
凝固エンタルピー
すべての物質が同じ温度で（または同じ処理の下で）凝固するわけではありません。高融点固体など、一部は室温よりも「凍結」します。これは、固体または液体を構成する粒子のタイプによって異なります。
固体では、これらは強く相互作用し、空間内の固定された位置で、自由に移動せず、定義された体積で振動し続けますが、液体では、互いに移動する多数の層として移動し、体積を占めます。それを含むコンテナ。
固体が液相に移動するには、熱エネルギーが必要です。つまり、熱が必要です。それは周囲から熱を受け取り、液体の最初の液滴を生成するために吸収する最小量は、融解潜熱（ΔHf）として知られています。
一方、液体は、分子を秩序化して結晶化して固相にするために、周囲に熱を放出する必要があります。放出される熱は、凝固または凍結の潜熱（ΔHc）です。ΔHfとΔHcの大きさは同じですが、方向が逆です。1つ目は正の符号、2つ目は負の符号です。
なぜ凝固時に温度が一定に保たれるのですか？
ある時点で液体が凍結し始め、温度計は温度Tを読み取ります。液体が完全に固化しない限り、Tは一定のままです。ΔHcには負の符号があるため、熱を放出する発熱過程で構成されます。
したがって、温度計は、相変化中に液体から放出される熱を読み取り、課せられた温度降下を打ち消します。たとえば、液体が入っている容器を氷浴に入れたとします。したがって、Tは凝固が完全に完了するまで減少しません。
これらの熱測定に伴う単位は何ですか？通常kJ / molまたはJ / g。これらは次のように解釈されます。kJまたはJは、1モルの液体または1 gが冷却または固化するために必要な熱量です。
たとえば水の場合、ΔHcは6.02 kJ / molに等しくなります。つまり、1モルの純水は凍結するために6.02 kJの熱を放出する必要があり、この熱がプロセスの温度を一定に保つものです。同様に、1モルの氷は溶けるために6.02 kJの熱を吸収する必要があります。
凝固点
プロセスが発生する正確な温度は、凝固点（Tc）として知られています。これは、分子間相互作用が固体内でどれだけ強いかに応じて、すべての物質で異なります。
不純な固体は純粋なものと同じ温度で固化しないため、純度も重要な変数です。これは凝固点を下げることとして知られています。物質の凝固点を比較するには、できるだけ純粋なものを参照として使用する必要があります。
しかし、金属合金の場合のように、溶液に同じことを適用することはできません。それらの凝固点を比較するには、質量比率が等しい混合物を検討する必要があります。つまり、その成分の濃度が同じです。
確かに、凝固点は、合金やその他の種類の材料に関して、科学的および技術的に大きな関心事です。これは、時間と冷却方法を制御することにより、いくつかの望ましい物理的特性を取得したり、特定のアプリケーションに不適切な物理的特性を回避したりできるためです。
このため、この概念の理解と研究は、冶金学と鉱物学、および材料の製造と特性評価に値するその他の科学において非常に重要です。
凝固と融点
理論的には、Tcは温度または融点（Tf）と等しくなければなりません。ただし、これはすべての物質に当てはまるとは限りません。主な理由は、一見すると、液体の分子を注文するよりも固体の分子を台無しにする方が簡単だからです。
したがって、実際には、Tfを使用して化合物の純度を定性的に測定することが推奨されます。たとえば、化合物Xに多くの不純物がある場合、そのTfは、純度の高いものと比較して、純粋なXのTfからより遠くなります。
分子配列
これまで述べてきたように、凝固は結晶化へと進みます。いくつかの物質は、それらの分子の性質とそれらの相互作用を考慮すると、固化するために非常に低い温度と高い圧力を必要とします。
たとえば、液体窒素は-196℃未満の温度で得られます。それを固化させるには、それをさらに冷却するか、圧力を上げて、N 2分子を一緒にグループ化して結晶化の核を作る必要があります。
他のガスについても同じことが考えられます。酸素、アルゴン、フッ素、ネオン、ヘリウム。そして、最も極端なこととして、その固相はその前例のない特性の可能性に大きな関心を集めている水素です。
一方、最もよく知られているケースはドライアイスで、これはCO2にすぎず、その白い蒸気は大気圧での昇華によるものです。これらはステージ上のヘイズを再現するために使用されています。
固化する化合物は、Tcだけでなく、圧力やその他の変数にも依存します。分子（H 2）が小さいほど、相互作用が弱いほど、分子を固体状態にすることが難しくなります。
過冷却
液体は、物質であろうと混合物であろうと、凝固点の温度で凍結し始めます。ただし、特定の条件下（高純度、遅い冷却時間、非常にエネルギーのある環境など）では、液体は凍結せずに低温に耐えることができます。これは過冷却と呼ばれます。
現象の絶対的な説明はまだありませんが、理論は、結晶化核の成長を妨げるすべての変数が過冷却を促進することを支持しています。
どうして？なぜなら核から分子を周囲に加えた後、大きな結晶が形成されるからです。このプロセスが制限されている場合、温度がTc未満であっても、空を構成する雲が見えるようになる小さな液滴で発生するように、液体は変化しません。
すべての過冷却液体は準安定です。つまり、わずかな外乱の影響を受けやすくなっています。たとえば、小さな氷を追加したり、少し振ったりすると、すぐに凍ってしまうため、楽しく簡単に実験できます。
凝固の例
-それ自体は固体ではありませんが、ゼラチンは冷却固化プロセスの一例です。
-溶融ガラスは、冷却後、最終的に定義された形状を保持する多くのオブジェクトを作成および設計するために使用されます。
-泡が雪と接触して凍ったように、ソーダの瓶も同じプロセスを経ることができます。そして、それが過冷却されている場合、その凍結は瞬間的です。
-溶岩が火山の縁や地表を覆って出現すると、溶岩は温度が下がると固まり、火成岩になります。
・卵やケーキは温度が上がると固まります。同様に、鼻粘膜はそれを行いますが、脱水のためです。別の例は、塗料や接着剤にもあります。
しかしながら、後者の場合、冷却の産物としての凝固は起こらないことに注意すべきである。したがって、液体が固化するという事実は、必ずしもそれが凍結することを意味するわけではありません（かなり温度を下げません）。しかし、液体が凍ると固化してしまいます。
その他：
-水から氷への変換：これは0°Cで起こり、氷、雪、または氷河の立方体を生成します。
-炎と共に溶けて再び固まるキャンドルワックス。
-保存のための食品の凍結：この場合、水分子は肉や野菜の細胞内で凍結されます。
-ガラスの吹き出し：溶けて形を作り、固化します。
-アイスクリームの製造：それらは一般に固まる乳製品です。
・砂糖を溶かして固めたキャラメルを入手する場合。
-バターとマーガリンは固体状態の脂肪酸です。
-冶金学：インゴット、梁、または特定の金属の構造の製造。
-セメントは石灰岩と粘土の混合物で、水と混合すると硬化する性質があります。
-チョコレートの製造において、ココアパウダーは水と牛乳と混合され、乾燥すると固化します。
参考文献
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