Модель LaMer
Модель ЛаМера , разработанная американским химиком Виктором ЛаМером (1895–1966), объясняет рост наночастиц с использованием кинетического подхода. Первоначально ЛаМер был первым, кто описал производство монодисперсных рассолов серы. Сегодня эта модель используется для роста самых разных наночастиц. Поскольку получение наночастиц одинакового размера является постоянной проблемой в коллоидной химии , важность модели заключается в качественном описании необходимых условий, при которых могут возникать монодисперсные наночастицы. Кроме того, коэффициенты диффузии можно определить количественно с помощью математической постановки модели.
Модель LaMer объясняется упрощенно с использованием метода разбавления. Сера растворима в этаноле , но не растворяется в воде. Если воду медленно добавлять к раствору серы в этаноле, растворимость серы в смеси этанол / вода уменьшается по мере увеличения доли воды. После достижения концентрации насыщения отсутствие зародышей приводит к перенасыщению . Только при превышении критической концентрации сера самопроизвольно зарождается с образованием наночастиц. Скорость зародышеобразования в этом случае настолько велика, что в растворе повсюду образуются зародыши одного размера. Это приводит к частичному снижению пересыщения до тех пор, пока скорость зародышеобразования не упадет до нуля. Остающееся пересыщение уменьшается за счет диффузии серы к зародышам с увеличением наночастиц. Следует отметить, что всегда предполагается однородное смешивание компонентов, так что пересыщение не происходит локально.
С помощью этого метода образуются монодисперсные зародыши зародышеобразования, поскольку перенасыщение примерно на 10%… 20% приводит к зародышеобразованию. Если, с другой стороны, высокий уровень перенасыщения вызван быстрым добавлением большого количества воды к раствору серы в этаноле, может возникнуть множество микробов разного размера, что приведет к образованию полидисперсного, так называемого серного молока.
LaMer также достиг пересыщения посредством реакции 2Na 2 S 2 O 3 + 2HCl → 2HSO 3 - + S 2 + 4Na + + 2Cl - в воде. В определенном диапазоне концентраций исходных материалов образование серы настолько медленное, что медленно достигается критическая концентрация пересыщения и образуются монодисперсные наночастицы. С другой стороны, при высоких начальных концентрациях быстрое пересыщение выше критической концентрации приводит к образованию полидисперсных частиц. В других системах необходимо также различать бинодальную и спинодальную сегрегацию. В последнем случае фазовое разделение может происходить без зародышеобразования, что также может приводить к полидисперсному продукту.
Фазы насыщения → перенасыщение → критическое перенасыщение → быстрое зародышеобразование → частичное уменьшение перенасыщения до нулевой скорости зародышеобразования → уменьшение перенасыщения за счет диффузии были математически описаны ЛаМером.
литература
- Виктор К. Ламер, Роберт Х. Динегар, "Теория, производство и механизм образования монодисперсных гидрозолей", журнал Американского химического общества 72 (11) (1950) 4847-4854.