LaMer modell

A LaMer-modell sematikus ábrázolása.

A LaMer modell , amelyet Victor LaMer (1895–1966) amerikai vegyész fejlesztett ki , kinetikus megközelítéssel magyarázza a nanorészecskék növekedését . Eredetileg LaMer írta le elsőként a monodiszperz kénes sóoldatok gyártását . A modellt manapság a nanorészecskék sokféle növekedésére használják. Mivel az azonos méretű nanorészecskék előállítása állandó kihívást jelent a kolloidkémiában , a modell fontossága abban rejlik, hogy minőségileg leírják azokat a körülményeket, amelyek mellett a monodiszperz nanorészecskék létrejöhetnek. Ezenkívül a diffúziós együtthatók kvantitatív módon meghatározhatók a modell matematikai megfogalmazásának segítségével.

A LaMer modell egyszerűsített módon magyarázható a hígítási módszerrel. A kén oldódik etanolban , de vízben nem oldódik. Ha a kén-etanol oldathoz lassan vizet adunk, a kén oldhatósága az etanol / víz elegyben csökken, mivel a víz aránya növekszik. A telítettségi koncentráció elérése után az atommagok hiánya túltelítettséghez vezet . A kén csak a kritikus koncentráció túllépésekor nukleálódik spontán nanorészecskékké. A magképződési sebesség akkora, hogy az oldatban mindenhol azonos méretű magok képződnek. Ez a túltelítettség részleges csökkenéséhez vezet, amíg a magképződési sebesség vissza nem csökken nullára. A fennmaradó túltelítettséget a kén csírákba történő diffúziója csökkenti a nanorészecskék megnövekedésével. Meg kell jegyezni, hogy a komponensek homogén keverését mindig feltételezzük, hogy a túltelítettség ne lokálisan valósuljon meg.

A monodiszperz nukleációs magok azért jönnek létre ezzel a módszerrel, mert már kb. 10% ... 20% túltelítettség vezet nukleációhoz. Ha viszont magas szintű túltelítettséget okoz az, hogy gyorsan nagy mennyiségű vizet adunk egy kén-etanol oldathoz, sok különböző méretű csíra keletkezhet, ami polidiszperz, úgynevezett kéntej kialakulásához vezet.

Lamer is elért túltelítettség át a reakció-2Na 2 S 2 O 3 + 2 HCI → 2HSO 3 - + S 2 + 4NA + + 2Cl - vízben. A kiindulási anyagok bizonyos koncentrációtartományában a kén képződése olyan lassú, hogy a kritikus túltelítettségi koncentráció lassan elérkezik, és monodiszperz nanorészecskék keletkeznek. Magas kezdeti koncentrációknál viszont a kritikus koncentráció feletti gyors túltelítettség polidiszperz részecskék képződéséhez vezet. Más rendszerekben meg kell különböztetni a binodális és a spinodális szegregációt is. Ez utóbbi esetben a fázisok szétválasztása nukleáció nélkül történhet, ami szintén polidiszperz termékhez vezethet.

A telítettség → túltelítettség → kritikus túltelítettség → gyors magképződés → a túltelítettség részleges csökkentése a nulla nukleációs sebességig → a túltelítettség diffúzióval történő csökkentése fázisait LaMer matematikailag leírta.

irodalom

  • Victor K. LaMer, Robert H. Dinegar, "A monodiszpergált hidroszolok elmélete, termelése és kialakulásának mechanizmusa", Journal of the American Chemical Society 72 (11) (1950) 4847-4854.