التجميد هو تحول السائل إلى صلب بفعل انخفاض درجة حرارته، بينما التصلب هو تحول السائل إلى صلب بفعل زيادة الضغط عليه، على الرغم من التشابه الكبير بينهما في العملية، يتم استخدام المصطلحين بشكل متبادل في أغلب الأحيان. وعلى الرغم من أن نقاط الذوبان والتجميد لمعظم المواد تكون متساوية، إلا أن بعض المواد تمتلك نقاط تحول صلب متغيرة، على سبيل المثال، يتحول آغار إلى صلب عند درجة حرارة 32 إلى 40 مئوية، أي ما يعادل 89.6 إلى 104 درجة فهرنهايت، ويذوب عند درجة حرارة 85 مئوية، أي ما يعادل 185 درجة فهرنهايت .
ما هو التبلور
يتم تجميد معظم السوائل عن طريق التبلور ، وتشكيل مادة صلبة بلورية من السائل المتجانس، وهذا هو تحول المرحلة الحرارية الديناميكية من الدرجة الأولى ، وهذا يعني أنه طالما تتعايش المادة الصلبة والسائلة ، فإن درجة حرارة النظام ككل تبقى متساوية تماما مع نقطة الانصهار، بسبب تباطؤ فقدان الحرارة عند التفاعل مع الهواء ، وهو نتيجة ضعف الموصلية الحرارية ، ونظرا للحرارة الكامنة للتجمد ، يتباطأ التجمد بشكل كبير ولا تنخفض درجة الحرارة بعد بدء التجمد ولكنها تستمر في الانخفاض بمجرد انتهاء التجمد، ويتكون التبلور من حدثين رئيسيين ، التنوي ونمو البلورة، ويعتبر التنوي هو الخطوة التي تبدأ فيها الجزيئات بالتجمع في مجموعات ، على مقياس النانومتر ، وترتب بشكل محدد ومنتظم لتحديد البنية البلورية ، ونمو البلورات هو الخطوة التالية للنواة التي تنجح في تحقيق الحجم الكتلي الحرج .
درجة التجمد
على الرغم من القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، فإن بلورة السوائل النقية عادة ما تبدأ عند درجة حرارة أقل من درجة الانصهار ، وذلك بسبب طاقة التنشيط العالية في التنوي المتجانس، ويشير إنشاء النواة إلى تكوين واجهة عند حدود المرحلة الجديدة، ويتم إنفاق بعض الطاقة لتشكيل هذه الواجهة ، استنادًا إلى الطاقة السطحية لكل مرحلة، وإذا كانت نواة افتراضية صغيرة جدا ، فإن الطاقة التي سيتم إطلاقها من خلال تشكيل حجمها لا تكفي لتكوين سطحها ، ولا يستمر التنوي، ولا يبدأ التجميد حتى تكون درجة الحرارة منخفضة بما فيه الكفاية لتوفير الطاقة الكافية لتشكيل نواة مستقرة، وفي وجود مخالفات على سطح الوعاء المحتوي على الشوائب ، أو شوائب صلبة أو غازية ، أو بلورات صلبة مسبقة التكوين ، أو غيرها من النويات ، قد يحدث التنوي غير المتجانس .
يتم تحرير بعض الطاقة عندما يتم تدمير الواجهة السابقة جزئيا، مما يؤدي إلى ارتفاع نقطة التجمد إلى درجة قريبة جدا من درجة الانصهار أو تكون متساوية لها. تكون درجة تجمد الماء في ظروف جوية معينة قريبة جدا من 0 درجة مئوية أو 32 درجة فهرنهايت أو 273.15 كلفن. في وجود نواة، تكون نقطة تجمد الماء قريبة من نقطة الانصهار، ويمكن أن يتجمد الماء إلى درجة حرارة منخفضة تصل إلى -70 درجة مئوية أو -94 درجة فهرنهايت أو 203 كلفن قبل التجميد .
ما هي عملية التجمد
عملية التجميد عملية تستنزف الحرارة بشكل عام، وهذا يعني أن التغيرات السائلة تتحول إلى صلب بمرور الوقت وتحت تأثير الحرارة والضغط. قد يبدو هذا غير مألوفا لأن درجة حرارة المادة لا ترتفع أثناء التجميد، إلا إذا كان هناك سائل زائد. ومع ذلك، يجب إزالة الحرارة باستمرار من السائل المجمد، وإلا ستتوقف عملية التجميد. والطاقة التي تحررها عملية التجميد هي الحرارة الكامنة، وتعرف أيضا بالحرارة الانصهارية، وهي نفس الطاقة المطلوبة لذوبان كمية مماثلة من المادة الصلبة. على سبيل المثال، يحتوي الهيليوم 3 على حرارة انصهار سلبية عند درجات حرارة أقل من 0.3 كلفن، وللهيليوم أيضا تأثير انصهار سلبي ضئيل جدا عند درجات حرارة أقل من 0.8 كلفن. وهذا يعني أنه في ظروف ثابتة من الضغط المناسب، يجب إضافة الحرارة لهذه المواد لتجميدها .