凝固：液体から固体への相転移の過程・要因・用途

物理的な仕組み

微視的には、凝固は一般に核生成、すなわち小さな固体の集まりが最初に生じる過程と、それに続く結晶成長から成る。この変化の間、物質は融解潜熱を放出する。転移を進行させるには、そのエネルギーを取り除く必要がある。純物質が凝固する温度は凝固点と呼ばれる。標準圧力下の水では公称値は0 ℃であるが、実際に観測される温度は多くの要因によって変化しうる。

凝固に影響する要因

凝固の挙動は、圧力、純度、溶質や表面の存在に左右される。溶解した塩などの不純物は通常、凝固点を下げる（凝固点降下）。一方、圧力の上昇は、物質によって凝固点を上げることも下げることもある。表面や粒子は核生成を促進しうるが、清浄で静かな条件では、液体は通常の凝固点より低い温度でも液体のままである過冷却状態になることがある。

例、用途、応用

• 自然界：霜、海氷、永久凍土の形成、および湖沼や河川の季節的な凍結。
• 産業：金属の鋳造と凝固の工程では、望ましい微細構造をつくるために制御された凝固がしばしば利用される。鋳造も参照。
• 食品・医療：冷凍は傷みやすい物品を保存し、凍結保存やコールドチェーン物流にも用いられる。
• 技術：凍結乾燥、氷を鋳型として用いる材料、冷凍サイクルでは、凝固と融解の段階が活用される。

影響、危険性、重要な区別

凍結と融解の繰り返しは、水が固化時に膨張することにより、インフラや生体組織を損傷させる場合がある。凝固時に結晶性の固体をつくる材料がある一方、急速に冷却されると非晶質またはガラス状になる材料もある（ガラス化）。制御された凝固は製造業と生物学において重要であり、制御されない凝固は構造的な損傷や性能低下を招くことがある。

入門的な解説および定義については、関連する概念の液体、固体、熱、分子、結合、氷、蒸発、または鋳造などの応用に関するリンクを参照できる。