首先必须要明确一点,液体的熔点由什么确定?水是0℃这是显而易见的吧?
但是事实上,液体的熔点是根据吉布斯自由能:G=H-TS确定的,熔点是使得液态吉布斯自由能和固态吉布斯自由能相等时的温度。
而过冷是指液体在熔点以下的温度时,该温度与液体熔点的差值。并不是说过冷就会凝固,而是要过冷到一定程度以后才会凝固。这是因为,在凝固过程中,事实上是两个作用力,形核驱动力和形核阻力相互比较。如果形核驱动力更胜一筹,那么液体就会凝固。
根据吉布斯自由能,过冷能提供形核驱动力,并且随着过冷度增加,这个驱动力增长的更快,因而能使总的自由能降低,液体就会凝固了。
这种情况称为:均质形核,因此过冷度大到一定程度,它就一定会凝固,但是对于某些特别纯净的物质来说,过冷度可能能达到0.2T,(T为其熔点,如水的熔点T=273K,若取过冷度△T=0.2T来计算,可能水要在-54℃之下才会结冰)
而其他的方式,如振动,搅拌,加入杂质等,都属于非均质形核的范畴,它们的过冷度比均质形核要小得多,这也是为什么我们常常能够看见水在0℃就结冰,这是因为这时候发生的是非均质形核。
纯水在0摄氏度时只是流动缓慢,还要释出热量才会结冰的。