Любое вещество, как известно, может находиться в трех агрегат­ных состояниях: газообразном, жидком и твердом. В чистых металлах при определенных температурах происходит изменение агрегатного состояния: твердое состояние сменяется жидким при температуре плавления, жидкое состояние переходит в газообразное при темпера­туре кипения. Температуры перехода зависят от давления, но при постоянном давлении они вполне определены.

При переходе из жидкого состояния в твердое образуется кристал­лическая решетка, возникают кристаллы. Такой процесс называют кристаллизацией. Чем объясняется существование при одних темпера­турах жидкого, а при других температурах твердого состояния и по­чему превращение происходит при определенных температурах?

В природе все самопроизвольно протекающие превращения, а сле­довательно, кристаллизация и плавление обусловлены тем, что новое состояние в новых условиях является энергетически более устойчи­вым, обладает меньшим запасом энергии.

Энергетическое состояние системы, имеющей огромное число ох­ваченных тепловым движением частиц (атомов, молекул), характеризуется особой термодинамической функцией F, называемой свободной энергией (свободная энергия F = U - TS, где U -внутренняя энергия системы; Т -абсолютная температура; S -энтропия).

С изменением внешних условий, например температуры, свободная энергия системы изменяется по сложному закону, но различно для жидкого и кристаллического состояний. Схематически характер изме­нения свободной энергии жидкого и твердого состояний с температу­рой показан на рис.2.1.

Выше температуры Тsменьшей свободной энергией обла­дает вещество в жидком состоянии, ниже Тs -вещество в твердом состоянии. Следовательно, выше Тsвещество должно находится в жид­ком состоянии, а ниже Тs -в твердом, кристаллическом.