Külmumine

Külmumine on vedeliku jahenemisel toimuv füüsikaline protsess, mille käigus vedelik muutub tahkeks. Tavaliselt toimub see, kui temperatuur langeb alla vedeliku külmumispunkti. Puhta vee puhul on külmumispunkt 0°C normaalsel rõhul; lahuste või suurema rõhu korral võib see väärtus erineda, sageli alanduda.

Protsessi mehhanism hõlmab nucleationi ehk kristallide tekkimist ning nende kasvamist. Esimesed kristallid tekivad eelnukleatsiooni punktides ning seejärel suureneb tahke faasi hulk. Vedelik võib mõnikord jahtuda allpool külmumispunkti ilma külmumata, mida nimetatakse superkülmumuseks. Külmumiskiirus ja kristallide suund sõltuvad paljudest teguritest, sealhulgas puhtusest, jahutuskiirusest ja võimalusest pinnalt või külmutusasutustest kristalle kasvama.

Külmumispunkti ja külmumise kiirust mõjutavad lisandid ja rõhk. Soolad, suhkrud ja teised lahustid alandavad külmumispunkti ning võivad muuta jää kristallstruktuuri ja jää tihedust. Tavaliselt tekib jää kristalliline struktuur, mida peetakse jää I-h kuju.

Külmumine omab suurt praktilist tähtsust. Toiduainete säilitamine põhineb vee ja teiste ainete külmkapilisel külmunemisel ning veesuhte muutustega; kriopreservatsioon hõlmab elusorganismide või rakute rakkude külmumist madalatel temperatuuridel; ning meteoroloogias ilmnevad öökülmad ja härmatisesse kaasnevad nähtused. Külmumine on seega lai valdkonda puudutav füüsikaline protsess.