自由能圖

自由能曲線圖

熱力學定律指出，在等壓條件下，一切自發過程都是朝著系統自由能（即能夠對外做功的那部分能量）降低的方向進行。同一物質的液體和晶體自由能隨溫度變化曲線如圖所示。

自由能圖

可以看出，無論是液體還是晶體，其自由能均隨溫度升高而降低，並且液體自由能下降的速度更快。兩條自由能曲線的交點溫度T0稱作理論結晶溫度，在該溫度下，液體和晶體處於熱力學平衡狀態。在T0以下，晶體的自由能較低，因而物質處於晶體狀態穩定，在T0以上則液體穩定。可見，結晶只有在理論結晶溫度以下才能發生，這種現象稱作過冷。結晶的驅動力是實際結晶溫度（T1）下晶體與液體的自由能差ΔGV。而理論結晶溫度（T0）與實際結晶溫度（T1）的差值稱作過冷度（ΔT），即ΔT=T0-T1。