凝固 是指在溫度 降低時，物質由液態 變為固態 的過程，物質凝固時的溫度稱為凝固點 。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[1]
大多數的物質其凝固點 和熔點 溫度相同。但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 编辑 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 编辑 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。
因為勻相核化結晶 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 ℃，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 ℃以下就會出現過冷 的現象，一直要到−40 ℃才會形成固體[2] [3] 大氣壓 的高壓下，水在−70 ℃之前都是處於過冷 的狀態[4]
放熱反應 编辑 凝固過程中多半會放熱 ，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[5] 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[6] 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[7]
玻璃轉化 编辑 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 编辑 急冻，也称“速冻”，是指物体在深低温 环境下快速（几个小时内）凝固的过程。急冻是对流层 形成冰云 大气科学 中极其重要。[8] [9] [10]
低溫下對生物體的影響 编辑 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 °C至−12 °C的低溫。
像假单胞杆菌 [11] [12]
細菌 编辑 在冰凍上千年的冰塊中分別有發現存活的更新世肉食杆菌 [13] 格陵蘭金黃桿菌 [14]
植物 编辑 植物有一個稱為健化 [15]
動物 编辑 捻转血矛线虫 可以在液態氮中存活44週。其他可以在0 °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 °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 编辑 参见 编辑 相關條目 编辑 ^ 多用途的氣體—氦氣. 科學月刊. [2014-02-18 ] . （原始内容于2014-02-22）. ^ Lundheim R. Physiological and ecological significance of biological ice nucleators. Philosophical Transactions of the Royal Society B. 2002, 357 (1423): 937–943. PMC 1693005 PMID 12171657 . doi:10.1098/rstb.2002.1082 . ^ Franks F. Nucleation of ice and its management in ecosystems (PDF ) . Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2003, 361 (1804): 557–574 [2014-02-18 ] . Bibcode:2003RSPTA.361..557F . PMID 12662454 . doi:10.1098/rsta.2002.1141 . （原始内容于2016-01-28）. ^ Jeffery, CA; Austin, PH. Homogeneous nucleation of supercooled water: Results from a new equation of state. Journal of Geophysical Research. November 1997, 102 (D21): 25269–25280. Bibcode:1997JGR...10225269J . doi:10.1029/97JD02243 . ^ What is an exothermic reaction? （页面存档备份，存于互联网档案馆 ） Scientific American , 1999 ^ Atkins, Peter; Jones, Loretta, Chemical Principles: The Quest for Insight 4th, W. H. Freeman and Company: 236, 2008, ISBN 0-7167-7355-4 ^ Ott, J. Bevan; Boerio-Goates, Juliana, Chemical Thermodynamics: Advanced Applications, Academic Press: 92–93, 2000, ISBN 0-12-530985-6 ^ Better understanding of water's freezing behavior at nanoscale. sciencedaily.com. [2017-01-17 ] . （原始内容于2018-07-09）. ^ 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 （页面存档备份，存于互联网档案馆 ） ^ Preparing Competent E. coli with RF1/RF2 solutions. Personal.psu.edu. [2009-07-03 ] . （原始内容于2021-09-23）. ^ Maki LR, Galyan EL, Chang-Chien MM, Caldwell DR. Ice nucleation induced by pseudomonas syringae. Applied Microbiology. 1974, 28 (3): 456–459. PMC 186742 PMID 4371331 . ^ Zachariassen KE, Kristiansen E. Ice nucleation and antinucleation in nature. Cryobiology. 2000, 41 (4): 257–279. PMID 11222024 . doi:10.1006/cryo.2000.2289 . ^ . 華翼網. 2005-02-25 [2014-02-18 ] . （原始内容存档于2014-02-25）. ^ . 華夏地理雜誌. 2009-06-26 [2014-02-18 ] . （原始内容存档于2014-03-02）. ^ . 教育部 數位教學資源入口網. [2014-02-18 ] . （原始内容存档于2014-02-26）.
凝固, 是指在溫度降低時, 物質由液態變為固態的過程, 物質時的溫度稱為點, 目前已知的液體幾乎都可以在低溫時成為固體, 氦是唯一的例外, 常壓下在絕對零度時仍為液體, 液態氦, 需加壓才能為固體, 大多數的物質其點和熔點溫度相同, 但有些物質的點和熔點會不一様, 例如洋菜膠有熱遲滯現象, 在85, c會熔化, 而點在31, c至40, c之間, 目录, 結晶, 過冷, 放熱反應, 玻璃轉化, 急冻, 低溫下對生物體的影響, 細菌, 植物, 動物, 食物保存, 参见, 相關條目結晶, 编辑主条目, 結晶, 許多液體. 凝固是指在溫度降低時 物質由液態變為固態的過程 物質凝固時的溫度稱為凝固點 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 1 大多數的物質其凝固點和熔點溫度相同 但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 目录 1 結晶 2 過冷 3 放熱反應 4 玻璃轉化 5 急冻 6 低溫下對生物體的影響 6 1 細菌 6 2 植物 6 3 動物 7 食物保存 8 参见 9 相關條目結晶 编辑主条目 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 编辑主条目 過冷 source source source source source source 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 因為勻相核化結晶 英语 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 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 以下就會出現過冷的現象 一直要到 40 才會形成固體 2 3 若是在2 000大氣壓的高壓下 水在 70 之前都是處於過冷的狀態 4 放熱反應 编辑主条目 熔化熱 凝固過程中多半會放熱 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 5 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 6 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 7 玻璃轉化 编辑主条目 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 编辑急冻 也称 速冻 是指物体在深低温环境下快速 几个小时内 凝固的过程 急冻是对流层形成冰云 英语 ice cloud 的原理 因此大气科学中极其重要 8 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 9 10 低溫下對生物體的影響 编辑主条目 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 C至 12 C的低溫 像假单胞杆菌 英语 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 C時結冰 11 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 12 細菌 编辑 在冰凍上千年的冰塊中分別有發現存活的更新世肉食杆菌 英语 Carnobacterium pleistocenium 13 格陵蘭金黃桿菌 英语 Chryseobacterium greenlandensis 及Herminiimonas glaciei 14 植物 编辑 植物有一個稱為健化 英语 Hardening botany 的過程 可以使植物在零度以下存活數週到數個月 15 動物 编辑 捻转血矛线虫可以在液態氮中存活44週 其他可以在0 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 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 编辑主条目 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 编辑升华 沸腾 蒸发 融化 霜 姆潘巴现象 相图相關條目 编辑 多用途的氣體 氦氣 科學月刊 2014 02 18 原始内容存档于2014 02 22 Lundheim R Physiological and ecological significance of biological ice nucleators Philosophical Transactions of the Royal Society B 2002 357 1423 937 943 PMC 1693005 nbsp PMID 12171657 doi 10 1098 rstb 2002 1082 Franks F Nucleation of ice and its management in ecosystems PDF Philosophical Transactions of the Royal Society A 2003 361 1804 557 574 2014 02 18 Bibcode 2003RSPTA 361 557F PMID 12662454 doi 10 1098 rsta 2002 1141 原始内容存档于2016 01 28 Jeffery CA Austin PH Homogeneous nucleation of supercooled water Results from a new equation of state Journal of Geophysical Research November 1997 102 D21 25269 25280 Bibcode 1997JGR 10225269J doi 10 1029 97JD02243 What is an exothermic reaction 页面存档备份 存于互联网档案馆 Scientific American 1999 Atkins Peter Jones Loretta Chemical Principles The Quest for Insight 4th W H Freeman and Company 236 2008 ISBN 0 7167 7355 4 Ott J Bevan Boerio Goates Juliana Chemical Thermodynamics Advanced Applications Academic Press 92 93 2000 ISBN 0 12 530985 6 Better understanding of water s freezing behavior at nanoscale sciencedaily com 2017 01 17 原始内容存档于2018 07 09 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 页面存档备份 存于互联网档案馆 Preparing Competent E coli with RF1 RF2 solutions Personal psu edu 2009 07 03 原始内容存档于2021 09 23 Maki LR Galyan EL Chang Chien MM Caldwell DR Ice nucleation induced by pseudomonas syringae Applied Microbiology 1974 28 3 456 459 PMC 186742 nbsp PMID 4371331 Zachariassen KE Kristiansen E Ice nucleation and antinucleation in nature Cryobiology 2000 41 4 257 279 PMID 11222024 doi 10 1006 cryo 2000 2289 地球凍土層3萬年細菌仍存活 火星生命可能性增加 華翼網 2005 02 25 2014 02 18 原始内容存档于2014 02 25 极端条件下的生命 華夏地理雜誌 2009 06 26 2014 02 18 原始内容存档于2014 03 02 溫度 教育部 數位教學資源入口網 2014 02 18 原始内容存档于2014 02 26 取自 https zh wikipedia org w index php title 凝固 amp oldid 70245981, 维基百科，wiki ，书籍，书籍，图书馆，
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