Jäädyttyminen

Jäädyttyminen on aineen tilamuutos, jossa neste muuttuu kiinteäksi, kun lämpöenergia poistetaan ja lämpötila alittuu sen jäätymispisteen. Yleinen esimerkki on veden jäätyminen noin 0 °C:n tuntumaan normaalissa ilmanpaineessa, mutta epäpuhtaudet, paine ja muut tekijät voivat poiketa puhtaasta vedestä määrittämään todellisen jäätymispisteen. Jäätyminen alkaa useimmiten pienistä jääkiteistä, joita kasvaa ja kehittyy ajan mittaan; kiteiden koko ja rakenne riippuvat jäähdytysnopeudesta sekä nesteen koostumuksesta. Tämä faasimuutos vapauttaa tai poistaa latenttia lämpöenergiaa.

Luonnossa jäädyttyminen näkyy esimerkiksi talvisten olojen maaperässä ja vesistöissä sekä sateen sessioissa, joissa kosteutta jäätyy. Elintarvikkeiden säilytyksessä jäädytys on keskeinen menetelmä, koska se hidastaa mikrobiologista toimintaa ja säilyttää ravintoarvoja sekä makua; pakasteet ja kylmävarastointi mahdollistavat elintarvikkeiden pitkän säilyttämisen. Biotieteissä ja lääketieteessä jäädyttämistä käytetään kryopreservointiin, jossa soluja, kudoksia tai muita biologisia materiaaleja säilytetään matalissa lämpötiloissa, usein käyttämällä kryoprotektantteja.

Jäätymisen hallinta ja siihen liittyvät riskit riippuvat jääkiteiden koosta ja nesteen koostumuksesta. Jääkiteet voivat vahingoittaa solukalvoja ja vaurioittaa solujen vesitasapainoa. Nopealla jäädytyksellä voidaan välttää suuria jääkiteitä, mutta usein tarvitaan keinoja, kuten vitrifikaatiota, jossa muodostuu lasimainen, epäjärjestynyt rakenne ilman suuria kiteitä. Tämä vaatii erittäin nopean jäähdytyksen ja usein kryoprotektantteja. Jäädytys on keskeinen tekijä sekä teollisuudessa että biologiassa, ja siihen liittyy sekä mahdollisuuksia että haasteita.