bevriezing

Bevriezing is het proces waarbij een vloeistof verandert in een vaste stof doordat de temperatuur onder zijn vriespunt daalt. Bij normale atmosferische druk geldt voor zuiver water een vriespunt van 0 graden Celsius, maar het vriespunt kan variëren door aanwezigheid van verontreinigingen, zouten of andere opgeloste stoffen en door druk. Bevriezing gaat gepaard met de afgifte van latent warmte en de vorming van een vaste kristalstructuur.

Het ontstaan van ijs vereist kiemvorming (nucleatie). Zonder kiemplaatsen kan een vloeistof onderkoeld blijven tot er een prikkel is. Bij nucleatie ontstaan ijskristallen die zich uitbreiden en een regelmatig rooster vormen. De grootte van de kristallen hangt af van de snelheid van afkoeling: snelle invriezing leidt tot veel kleinere kristallen, terwijl langzamere invriezing grotere kristallen laat ontstaan. Dit heeft invloed op textuur en mechanische eigenschappen, bijvoorbeeld in voedingsmiddelen en biologische weefsels.

In de natuur komt bevriezing voor als vorst en ijs op wateroppervlakken. In de industrie en biologie wordt bevriezen veel toegepast: voedsel wordt bevroren om voedingswaarde en smaak te behouden, terwijl bij cryopreservatie weefsels en cellen bij extreem lage temperaturen worden bewaard met cryoprotectants zoals glycerol of DMSO om schade door ijskristallen te beperken, vaak bij −196 °C in vloeibaar stikstof.

Belangrijke overwegingen zijn onder meer de vriespuntdepressie door opgeloste stoffen, de uitzetting van water bij bevriezen (water is in vaste toestand ongeveer 9% groter dan in vloeibare toestand) en schade door herhaaldelijk bevriezen en ontdooien. Bevriezing is daarmee een fundamenteel fysisch proces met zowel natuurlijke als toegepaste implicaties.