underkølingen

Underkølingen er tilstanden hvor en væske nedkøles under sit frysepunkt uden at danne krystaller. På dansk betegnes fænomenet underkøling eller superkøling, og det beskriver en metastabil tilstand hvor væsken forbliver flydende trods at temperaturen ligger under det normale frysepunkt, fordi kernenukleation ikke har fundet sted.

Mekanismen afhænger af kernenukleation. Uden tilstrækkelig nucleation kræver en underkølet væske færre eller ingen kinetiske hindringer for krystalisation. Homogen nucleation kan forekomme spontant i helt ren væske ved særligt lave temperaturer, men ofte fremmes eller hindres nucleationen af urenheder, overflader og indesluttede bobler. Heterogen nucleation på partikler eller beholderens væg gør fryseprocessen lettere og fører til hurtigere krystallisering.

Forekomster og eksempler. Vand kan underkøles til temperaturer omkring −40 °C under meget rene forhold eller ved lav støj i processen. I naturen findes superkølede væsker i skyerne som flydende vanddråber ned til dybe negative temperaturer; de fryser normalt først når de møder ispartikler eller overflader der fungerer som nucleation sites. Underkøling spiller også en vigtig rolle i metallurgi og glasfremstilling, hvor hurtig nedkøling og tilstedeværelsen af amorfe strukturer muliggjøres ved at forsinke eller kontrollere nucleation.

Betydning og applikationer. Forståelse af underkøling er central i cloud physics og frostdannelse, i produktion af amorfe metaller og i forskellige termodynamiske og materialtekniske processer hvor kontrollen af krystallisering er afgørende. Se også nucleation og frysepunkt.