V chemii a metalurgii , je sraženina je heterogenní dispergovanou fázi v převažující fázi. Tvorba sraženiny je srážení . Tento termín se také používá v biochemii k označení tvorby molekulárního agregátu, například protilátky , která se usazuje (nebo je sedimentována centrifugací ) na dně zkumavky.
V chemii se to obecně týká pevného krystalu soli nebo molekulární sloučeniny v kapalině. Dvě hlavní situace pro tvorbu sraženiny jsou během (1) chemické reakce, při které je jeden z produktů málo rozpustný v reakčním rozpouštědle, nebo (2) při změně teploty. Tato definice vylučuje zavedení pevné látky, která není příliš rozpustná ve vodě, jak nicméně některá díla doporučují. V metalurgii to může také naznačovat vznik krystalu daného složení ve slitině. V meteorologii se jedná o tvorbu kapek vody nebo ledových krystalů v atmosféře , viz srážky .
Přítomnost stabilní sraženiny je výsledkem termodynamické rovnováhy mezi kapalnou fází ( roztok ) a pevnou fází (sůl).
Vezměme si roztok, například vodný roztok z chloridu sodného NaCl (jedlé soli). Pokud do vody dáte malé množství soli, tato sůl se rozpustí . Z daného množství C, y , která je závislá na teplotě , je sůl už ne rozpouští: roztok se říká, že „ nasycený “.
V případě, že v C s zvyšuje s teplotou, je možné, že má rozpuštění sraženiny zahříváním, které reformy na ochlazení roztoku. Pokud C je koncentrace soli, pak:
C < C s ( T ): sůl je rozpuštěna; C > C s ( T ): sůl se vysráží (nasycení).Rozpustnost se může s teplotou zvyšovat nebo snižovat. Když se sníží, může se vytvořit sraženina při zahřívání. To je případ octanu vápenatého ; 37,4 g / 100 ml ( 0 ° C ); 34,7 g / 100 ml ( 20 ° C ); 29,7 g / 100 ml ( 100 ° C ). K tomuto inverznímu vývoji rozpustnosti s teplotou dochází u iontových sloučenin ve vodě, ale v žádném případě u molekulárních sloučenin (například v organické chemii).
Srážky se označují jako chemická rovnice :
Na + + Cl - ↔ (NaCl) crkde „Na + " a „Cl - " označují disociované druhy (rozpuštěná sůl) a „(NaCl) cr " označují krystalizovanou sůl. Obecně si všimneme rozpuštěných druhů bez indexu a pod krystalizovaný druh umístíme šipku:
Pokud jde o jakoukoli rovnovážnou reakci, můžeme definovat rovnovážnou konstantu K s , která se nazývá produkt rozpustnosti :
K s ( T ) = [Na + ] · [Cl - ] (když jsou srážky)a potenciál této konstanty p K s :
p K s = –log ( K s )Použití K y je obecnější, protože Na + a Cl - ionty mohou pocházet z několika různých solí. Pokud jsou koncentrace vyjádřeny jako molární zlomek , pak v tomto konkrétním případě máme čas do srážení
C = [Na + ] = [Cl - ]je
K s = C s 2Obecně existují dva ionty A m + a B n - které mohou tvořit sůl A n B m ; produkt rozpustnosti je napsán:
K s = [A m + ] n [B n - ] mTvorba sraženiny může v analytické chemii charakterizovat přítomnost druhu v roztoku . Je to také prostředek k separaci druhů přítomných ve směsi, kovového iontu pro přípravu kovu nebo druhů syntetizovaných z reakční směsi.
V metalurgii a obecně v materiálových vědách nás zajímají dva jevy:
V obou případech probíhá tvorba této heterogenní fáze ve dvou fázích:
V pevné fázi, po růstu sraženin, se tyto mohou dále vyvíjet koalescencí. Konečně existuje také zvláštní způsob srážení, spinodální rozklad .
V případě tuhnutí klíčení obvykle probíhá během ochlazování.
Vezměme si případ čistého těla. Pro daný tlak P , pod danou teplotou T f ( teplota tání , v závislosti na tlaku), je stabilní pouze pevná fáze, takže teoreticky zůstává teplota stabilní v čase T f ( P ), kdy celá kapalina ztuhne (tuhnutí uvolňuje teplo , latentní teplo fúze , které kompenzuje pokles teploty).
Ve skutečnosti jsme svědky superchlazení : krystaly vytvořené v T f jsou rozpuštěny tepelným mícháním. Aby tyto mikrokrystaly byly stabilní, musí teplota dostatečně poklesnout; klíčení lze zahájit vložením očkovací látky (jedná se o zrna nebo intersticiální atomy přivedené dobrovolně, aby se urychlil proces klíčení a slitina byla odolnější a tvrdší; mluvíme také o nečistotách (zrna jiného složení, která se neroztaví a která začátek krystalů)). Tyto nečistoty zlepšují vlastnosti vytvořené slitiny, protože způsobují vyšší tvorbu a na několika místech choroboplodné zárodky, které způsobí zrnka.
Termodynamicky tvorba krystalu uvolňuje energii, ale také ji vyžaduje kvůli vytvoření rozhraní pevná látka-kapalina ( povrchové napětí ); Aby mohlo dojít ke klíčení, musí to být termodynamicky příznivé, to znamená, že energie uvolněná uspořádáním atomů kompenzuje povrchové napětí.
RůstSrážení v pevné fázi probíhá uvnitř slitiny. Obecně existuje většinový kov M obsahující malé množství slitiny A. Když je koncentrace legovacího prvku A nízká, dochází k homogenní fázi sestávající z pevného roztoku A v M (viz článek Jednorázová chyba ).
Když je koncentrace přesáhne mezní hodnotu C s ( T ), je tvorba krystalů stechiometrické slitiny obecně seřazené, M a A: M m A ( m a několika bytí stechiometrických poměrech). Přitom se slitina vyčerpá v A, proces se proto zastaví, když celková koncentrace A ve zbývajícím M klesne pod C s ( T ). Pokud A je také kov, M m A a se nazývá „ intermetalická “.
Pokud se teplota zvýší a C s ( T ) se stane větší než koncentrace A v M fázi, je zde pak rozpouštění sraženin, stále ještě v pevné fázi.
Například ocel nebo litina je slitina železa obsahující malý podíl uhlíku . Za určitých teplotních podmínek se v oceli nebo litině mohou tvořit sraženiny karbidu Fe 3 C ( cementitu ).
Tento jev je ve skutečnosti složitější, protože obecně existuje několik legujících prvků, které ovlivňují stabilitu fází.
KlíčeníK vysrážení pevné fáze dochází také při pomalém ochlazování ( kalení může zabránit srážení).
V případě slitin hliníku místně způsobí přesycení legujícím prvkem uspořádání atomů, které tvoří takzvanou zónu „Guinier-Preston“ nebo „GP“. Tato zóna Guinier-Preston tvoří počátek zárodku: ještě to není objednaný krystal. Pohyb atomů legujícího prvku lokálně vyčerpal směs a toto vyčerpání je kompenzováno migrací atomů, difúzí . Zóna Guinier-Preston je proto zásobována atomy legujících prvků, a proto se může transformovat na semeno.
Stejně jako v případě tuhnutí způsobí povrchové napětí klíčení pod teplotou rozpouštění sraženiny.
RůstRůst označuje zvětšení nebo zvětšení velikosti krystalů.
SrůstáníSrážení biomolekul , částic nebo buněk , jejich agregátů nebo jejich komplexů s jinými sloučeninami vede ke ztrátě rozpustnosti a zvýšení molekulové hmotnosti nebo hmotnosti ( např. Tvorba komplexů antigen / protilátka ; agregace buněk (= aglutinace ); asociace částice a buňky). Může to také vyplynout ze změny složení média ( opačné polarity než biomolekuly nebo změny iontové síly) nebo z charakteristik biomolekul (ztráta nebo zisk polárních skupin chemickou reakcí).
Srážky vstupují do hry v: