O ponto de congelamento pode ser definido como a temperatura na qual um líquido se transforma em um sólido a uma determinada pressão. O ponto de congelamento é geralmente definido depois que um líquido é submetido a baixas temperaturas. No entanto, em algumas substâncias, o congelamento ocorre depois que o líquido experimenta um aumento na temperatura. A substância mais comum, a água, tem um ponto de congelamento de 0o Celsius.
Super-resfriamento
Super-resfriamento é o processo sob o qual um líquido não se transforma em forma sólida apesar de estar sujeito a temperaturas abaixo do ponto de congelamento. Tal líquido apenas cristalizará após um núcleo de semente adicional, ou cristal de semente é adicionado a ele. No entanto, se o líquido mantiver sua composição estrutural original, ele se solidificará. Os líquidos super-resfriados têm propriedades físicas distintas, muitos dos quais ainda não foram conclusivamente compreendidos pelos cientistas. Sabe-se que a água permanece no estado líquido após super-resfriamento mesmo em temperaturas tão baixas quanto - (negativo) 4000 Celsius e quando exposto a condições de alta pressão, a água super-resfriada permanecerá em estado líquido a baixas temperaturas de - (negativo) 700 Celsius. Para comparação, o ponto de congelamento da água pura em condições normais é 00 Celsius.
Cristalização
Na maioria dos líquidos, o processo de congelamento envolve a cristalização. Cristalização é o processo no qual um líquido se transforma em uma forma sólida cristalina por exposição a baixas temperaturas e alterando a estrutura atômica do líquido para formar uma estrutura cristalina. O congelamento é retardado durante a cristalização e as temperaturas permanecem constantes até que o congelamento esteja completo. Além da temperatura, outros fatores que afetam o processo de cristalização são a ionização e a polaridade do líquido.
Vitrificação
Existem numerosas substâncias que não cristalizam mesmo quando submetidas a baixas temperaturas, mas passam por um processo conhecido como vitrificação, onde mantêm o seu estado líquido, mas as baixas temperaturas alteram as suas propriedades viscoelásticas. Tais substâncias são conhecidas como sólidos amorfos. Alguns exemplos destes sólidos amorfos são glicerol e vidro. Algumas formas de polímeros são também conhecidas por sofrerem vitrificação. O processo de vitrificação é distinto do congelamento, pois é definido como um processo de não-equilíbrio onde não existe equilíbrio entre uma forma cristalina e sua forma líquida.
Congelamento exotérmico e endotérmico
O processo de congelamento na maioria dos compostos é principalmente um processo exotérmico, o que significa que, para o líquido se transformar em um estado sólido, a pressão e o calor precisam ser liberados. Esse calor que é liberado é um calor latente e também chamado de entalpia de fusão. A entalpia de fusão é a energia necessária para transformar um líquido em sólido e vice-versa. A única exceção notável a esta definição é qualquer líquido super-resfriado devido à alteração de suas propriedades físicas. Existe um elemento que é conhecido por exibir congelamento endotérmico onde a temperatura é necessária para aumentar para que o congelamento ocorra. Este elemento é o Hélio-3 que, a uma certa pressão, requer um aumento da temperatura para o congelamento ocorrer e, portanto, pode ser denominado como uma entalpia negativa de fusão.
