El punto de congelación se puede definir como la temperatura a la que un líquido se transforma en un sólido a una presión dada. El punto de congelación generalmente se define después de que un líquido está expuesto a bajas temperaturas. Sin embargo, en algunas sustancias, la congelación ocurre después de que el líquido experimenta un aumento en la temperatura. La sustancia más común, el agua, tiene un punto de congelación de 0o Celsius.
Supercooling
Supercooling es el proceso por el cual un líquido no se transforma en forma sólida a pesar de estar sometido a temperaturas por debajo del punto de congelación. Tal líquido solo cristalizará después de agregar un núcleo de semilla adicional o un cristal de semilla. Sin embargo, si el líquido mantiene su composición estructural original, se solidificará. Los líquidos sobreenfriados tienen distintas propiedades físicas, muchos de los cuales aún no han sido concluyentemente entendidos por los científicos. Se sabe que el agua permanece en estado líquido después de la sobreenfriamiento incluso a temperaturas tan bajas como - (negativo) 4000 Celsius y cuando se expone a condiciones de alta presión, el agua sobreenfriada permanecerá en un estado líquido a bajas temperaturas de - (negativo) 700 Celsius. A modo de comparación, el punto de congelación del agua pura en condiciones normales es 00 Celsius.
Cristalización
En la mayoría de los líquidos, el proceso de congelación implica la cristalización. La cristalización es el proceso en el cual un líquido se convierte en una forma sólida cristalina al exponerse a bajas temperaturas y al alterar la estructura atómica del líquido para formar una estructura cristalina. La congelación se ralentiza durante la cristalización y las temperaturas permanecen constantes hasta que se completa la congelación. Además de la temperatura, otros factores que afectan el proceso de cristalización son la ionización y la polaridad del líquido.
Vitrificación
Existen numerosas sustancias que no cristalizan incluso cuando están sometidas a bajas temperaturas, sino que pasan por un proceso conocido como vitrificación donde retienen su estado líquido pero las bajas temperaturas alteran sus propiedades viscoelásticas. Tales sustancias se conocen como sólidos amorfos. Algunos ejemplos de estos sólidos amorfos son glicerol y vidrio. También se sabe que algunas formas de polímeros experimentan vitrificación. El proceso de vitrificación es distinto de la congelación, ya que se define como un proceso de no equilibrio en el que no existe un equilibrio entre una forma cristalina y otra líquida.
Congelación exotérmica y endotérmica
El proceso de congelación en la mayoría de los compuestos es principalmente un proceso exotérmico que significa que para que el líquido se transforme en un estado sólido, es necesario liberar la presión y el calor. Este calor que se libera es un calor latente y también se llama entalpía de fusión. La entalpía de fusión es la energía requerida para convertir un líquido en un sólido y viceversa. La única excepción notable a esta definición es cualquier líquido sobreenfriado debido a la alteración de sus propiedades físicas. Hay un elemento que se sabe que exhibe congelación endotérmica donde se requiere que la temperatura aumente para que tenga lugar la congelación. Este elemento es Helium-3 que a una determinada presión requiere un aumento de la temperatura para que se produzca la congelación y, por lo tanto, puede denominarse que tiene una entalpía de fusión negativa.
