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Los sólidos cristalinos tienen un punto de fusión característico (temperatura a la cual el sólido se funde para convertirse en un líquido). La transición entre el sólido y el líquido es tan bien definida para muestras pequeñas de una sustancia pura que los puntos de fusión se pueden medir con una incertidumbre de 0.1 . El oxígeno sólido, por ejemplo, es -218.4 .
Los líquidos tienen una temperatura característica a la cual se solidifican, conocida como su punto de congelación. En teoría, el punto de fusión de un sólido debe ser igual con el punto de congelación del líquido. En la práctica, existen diferencias pequeñas entre estas cantidades que pueden ser observadas.
Es difícil, si no imposible, calentar un sólido sobre su punto de fusión porque el calor que entra en el sólido en su punto de fusión se utiliza para convertir el sólido en un líquido. Es posible, sin embargo, enfriar algunos líquidos a temperaturas debajo de sus puntos de congelación sin la formación de un sólido. Cuando se hace esto, se dice que el líquido está subefriado.
Un ejemplo de un líquido sobrefriado se obtiene calentando el trihidrato de acetato sódico (NaCHCO3 HO). Cuando este sólido se funde, el acetato sódico se disuelve en el agua que fue atrapada en el cristal y forma una solución. Cuando la solución se enfría a la temperatura ambiente, éste debería solidificar, pero frecuentemente no sucede. Sin embargo, si un cristal pequeño de trihidrato de acetato sódico se agrega al líquido, el contenido del frasco solidifica en pocos segundos.
Un líquido puede llegar a ser sometido a subenfriado porque las partículas en un sólido se empaquetan en una estructura regular que es característica de esa sustancia particular. Algunos de estos sólidos se forman muy fácilmente; otros no. Algunos necesitan una partícula del polvo, o un pequeño cristal para actuar como sitio en el cual el cristal pueda crecer. Para formar cristales de trihidrato de acetato sódico, los iones de sodio (Na ) , y los iones de CHCO, así como las moléculas de agua deben presentar una orientación apropiada. Es difícil que estas partículas se organicen, pero un pequeño cristal actuando como semilla puede proporcionar un marco en el cual el arreglo apropiado de iones y de moléculas de agua puedan crecer.
Ya que resulta difícil calentar los sólidos a temperaturas por encima de sus puntos de fusión, y porque los sólidos puros tienden a derretirse sobre una gama de temperaturas muy pequeña, los puntos de fusión se utilizan a menudo para ayudar a identificar compuestos. Podemos por ejemplo, distinguir entre las tres azúcares conocidas como glucosa ( ), fructuosa ( ), y sacarosa ( ), determinando el punto de fusión de una muestra pequeña.
Las mediciones del punto de fusión de un sólido pueden también proporcionar la información sobre la pureza de la sustancia. Los sólidos puros, cristalinos derriten sobre una gama muy estrecha de temperaturas, mientras que las mezclas derriten sobre una amplia gama de temperaturas. Las mezclas también tienden a derretir a temperaturas por debajo de los puntos de fusión de los sólidos puros.
El punto de congelación de un líquido es la temperatura a la que dicho líquido se solidifica debido a una reducción de energía.1 El punto de congelación varía dependiendo de la densidad del líquido. El proceso inverso se denomina punto de fusión.
Cálculo del punto de congelación:
{\displaystyle T_{c}=K_{c}.m}donde:
{\displaystyle T_{c}=} diferencia entre los puntos de congelación de una solución y del disolvente puro.{\displaystyle K_{c}=} constante molal de congelación. Cuando el disolvente es agua el valor de la constante es: 1,86 ºC Kg/mol{\displaystyle m=} molalidadEl punto de congelación se alcanza en una solución cuando la energía cinética de las moléculas se hace menor a medida que la temperatura disminuye; el aumento de las fuerzas intermoleculares de atracción y el descenso de la energía cinética son las causas de que los líquidos cristalicen. Las soluciones siempre se congelan a menor temperatura que el disolvente puro. La temperatura de congelación del agua pura es 0 ºC.
Para la mayoría de sustancias ambas temperaturas son iguales. Por ejemplo para el mercurio, cuya temperatura de fusión y de congelación es 234,32 K (−38,83 °C). Sin embargo otras sustancias como el agar-agar tienen distintas temperaturas para la fusión y la congelación siendo que se vuelve líquido a 85 °C y sólido a una temperatura entre 32 °C y 40 °C; a este fenómeno se le conoce como histéresis.
En el caso del agua, el punto de fusión y de congelación es el mismo: 0 °C. Esto es en presencia de núcleos de cristalización en el líquido, ya que si éstos no están presentes, el agua líquida puede enfriarse hasta −42 °C sin que se produzca la congelación en un proceso llamado sobrefusión.