La primera explicación del sobreenfriamiento se encuentra en la física de la cristalización. La formación de un cristal requiere de un núcleo de átomos distribuidos regularmente, alrededor de los que se pueda formar un cristal. La cristalización ocurre en mayor medida cuando un líquido está en contacto con una superficie sólida o cuando un líquido contiene impurezas cristalinas; es como si el líquido imitara la estructura ordenada de la superficie vecina. Eso se llamanucleación heterogénea, y comienza a partir de una semilla.
Si no hay un sólido cristalino, no es probable que ocurra la formación de una estructura grande y regular espontáneamente a partir de un líquido en desorden. Aunque un pequeño número de átomos puede formar espontáneamente una disposición regular, estos grupos son generalmente demasiado pequeños para que sirvan de núcleos de cristalización, y se vuelven a disolver rápidamente en el líquido. Por ello, un líquido puro necesita ser sobreenfriado para que ocurra lanucleación homogénea: algunos átomos en el líquido se ordenan espontáneamente de la manera correcta para formar un cristal que sea lo suficientemente grande y estable como para servir de núcleo para un mayor crecimiento del cristal.
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