Отвердевание (также затвердевание, замораживание, замерзание) — это фазовый переход, при котором жидкость превращается в твёрдое вещество, когда её температура опускается ниже точки замерзания. В соответствии с международно установленным определением, замораживание означает изменение фазы затвердевания жидкости или содержание жидкости в веществе, обычно вследствие охлаждения[1][2].
Хотя некоторые авторы дифференцируют отвердевание от замерзания как процесс, при котором жидкость превращается в твердое вещество при повышении давления, оба термина используются взаимозаменяемо.
Для большинства веществ температуры плавления и замерзания одинаковы; однако некоторые вещества имеют разные температуры перехода из твердого тела в жидкость. Например, агар показывает гистерезис в точке плавления и замерзания. Тает при 85 °C и затвердевает в диапазоне температур от 32 °С до 40 °C[3].
Большинство жидкостей замерзают путем кристаллизации, образования кристаллического твердого вещества из однородной жидкости. Это термодинамический фазовый переход первого рода, который означает, что пока сосуществуют твердое тело и жидкость, температура всей системы остается почти равной температуре плавления из-за медленного отвода тепла при контакте с воздухом, который является плохим проводником тепла. Из-за скрытой теплоты плавления замораживание значительно замедляется, и температура не будет больше падать, как только начинается замораживание, но будет продолжать падать, когда закончится. Кристаллизация состоит из двух основных событий, зарождения и роста кристаллов. Нуклеация — это этап, на котором молекулы начинают собираться в кластеры в нанометровом масштабе, располагаясь определённым и периодическим образом, который определяет кристаллическую структуру. Рост кристаллов — это последующий рост ядер, которым удается достичь критического размера кластера.