凝固（物理現象）

凝固（ぎょうこ、英: solidification, freezing）とは、物質が液体から固体へと相転移する物理現象のことです。融解の逆のプロセスであり、この変化が起こる温度を凝固点と呼びます。一般的に、純粋な物質において凝固点と融点は同一の温度となります。

結晶化のプロセス

多くの液体は、冷却されることで結晶性固体を形成する「結晶化」を経て凝固します。この過程は主に「核形成」と「結晶成長」の二段階に分けられます。核形成は、液体中に数ナノメートル程度の微小なクラスター（核）が生成される段階であり、結晶成長はその核を起点として結晶構造が拡大していく段階を指します。

熱伝導が遮断された系において、固体と液体が共存している場合、凝固の際に放出される「凝固熱」によって、系全体の温度は凝固点で一定に保たれます。完全に固体相へ移行した後に、再び温度の低下が始まります。

過冷却

液体が凝固点以下に達しても結晶化が始まらず、液体の状態を維持する現象を過冷却と呼びます。これは結晶化の初期段階である核生成において、高い活性化エネルギーが必要とされるために起こります。外部からの刺激や不純物の存在がない場合、結晶化の核となる界面が形成されにくいため、過冷却状態が維持されます。例えば、水は標準気圧下で0℃付近が融点ですが、核生成が起こらない環境では-40℃付近まで過冷却状態を保つことが可能です。

ガラス化

一部の物質は、結晶化を経ずに硬質化する「ガラス化」というプロセスをたどります。この過程で生成される固体は非晶質固体と呼ばれます。結晶化のような明確な凝固点を持たず、融点付近の温度範囲で粘弾性が緩やかに変化し、ガラス転移点と呼ばれる温度領域で特徴的な挙動を示します。