Model LaMer

Schematyczne przedstawienie modelu LaMera.

Model LaMera , który został opracowany przez amerykańskiego chemika Victora LaMera (1895–1966), wyjaśnia wzrost nanocząstek za pomocą podejścia kinetycznego. Pierwotnie LaMer jako pierwszy opisał produkcję solanek siarkowych monodyspersyjnych . Model jest obecnie używany do wzrostu wielu różnych nanocząstek. Ponieważ produkcja nanocząstek o tej samej wielkości jest stałym wyzwaniem w chemii koloidów , znaczenie modelu polega na jakościowym opisie niezbędnych warunków, w których mogą powstać monodyspersyjne nanocząstki. Ponadto współczynniki dyfuzji można określić ilościowo za pomocą matematycznego sformułowania modelu.

Model LaMera wyjaśniono w uproszczony sposób przy użyciu metody rozcieńczania. Siarka jest rozpuszczalna w etanolu , ale nierozpuszczalna w wodzie. Jeśli woda jest powoli dodawana do roztworu siarki w etanolu, rozpuszczalność siarki w mieszaninie etanol / woda zmniejsza się wraz ze wzrostem zawartości wody. Po osiągnięciu stężenia nasycenia brak jąder zarodkujących prowadzi do przesycenia . Dopiero po przekroczeniu krytycznego stężenia siarka spontanicznie zarodkuje, tworząc nanocząsteczki. Szybkość zarodkowania jest wtedy tak duża, że ​​wszędzie w roztworze tworzą się jądra tej samej wielkości. Prowadzi to do częściowego zmniejszenia przesycenia, aż szybkość zarodkowania spadnie z powrotem do zera. Pozostałe przesycenie jest redukowane przez dyfuzję siarki do zarazków, a nanocząstki stają się większe. Należy zauważyć, że zawsze zakłada się jednorodne wymieszanie składników, aby przesycenie nie zachodziło lokalnie.

Jądra monodyspersyjne powstają w ten sposób, ponieważ już ok. 10%… 20% przesycenia prowadzi do zarodkowania. Jeśli natomiast wysoki poziom przesycenia jest spowodowany szybkim dodaniem dużej ilości wody do roztworu siarki w etanolu, może powstać wiele drobnoustrojów różnej wielkości, co prowadzi do powstania polidyspersyjnego tzw. Mleka siarkowego.

LaMer osiągnął również przesycenie poprzez reakcję 2Na 2 S 2 O 3 + 2HCl → 2HSO 3 - + S 2 + 4Na + + 2Cl - w wodzie. W pewnym zakresie stężeń materiałów wyjściowych tworzenie się siarki jest tak powolne, że powoli osiągane jest krytyczne stężenie przesycenia i powstają monodyspersyjne nanocząstki. Z drugiej strony, przy wysokich stężeniach początkowych szybkie przesycenie powyżej stężenia krytycznego prowadzi do powstania cząstek polidyspersyjnych. W innych systemach należy również rozróżnić segregację dwumodalną i spinodalną. W tym drugim przypadku rozdział faz może zachodzić bez zarodkowania, co może również prowadzić do produktu polidyspersyjnego.

Fazy ​​nasycenia → przesycenie → krytyczne przesycenie → szybkie zarodkowanie → częściowa redukcja przesycenia do zera → redukcja przesycenia przez dyfuzję zostały opisane matematycznie przez LaMera.

literatura

  • Victor K. LaMer, Robert H. Dinegar, „Theory, Production and Mechanism of Formation of Monodispersed Hydrosols”, Journal of the American Chemical Society 72 (11) (1950) 4847-4854.