LaMer-modell
Den LaMer modell , som utvecklats av den amerikanska kemisten Victor LaMer (1895-1966), förklarar tillväxten av nanopartiklar med hjälp av en kinetisk metod. Ursprungligen beskrev LaMer den första produktionen av monodispersa svavel-saltlösning. Modellen används idag för tillväxt av en mängd olika nanopartiklar. Eftersom produktionen av nanopartiklar av samma storlek är en konstant utmaning inom kolloidkemi , ligger vikten av modellen i den kvalitativa beskrivningen av de nödvändiga förhållandena under vilka monodispersa nanopartiklar kan uppstå. Dessutom kan diffusionskoefficienter bestämmas kvantitativt med hjälp av den matematiska formuleringen av modellen.
LaMer-modellen förklaras på ett förenklat sätt med hjälp av utspädningsmetoden. Svavel är lösligt i etanol men olösligt i vatten. Om vatten långsamt tillsätts till en svavel-i-etanol-lösning minskar svavelens löslighet i etanol / vatten-blandningen när vattenhalten ökar. Efter att mättnadskoncentrationen har uppnåtts leder frånvaron av kärnbildningskärnor till övermättnad . Först när en kritisk koncentration överskrids, kärnar svavlet spontant till nanopartiklar. Kärnbildningshastigheten är då så stor att kärnor av samma storlek bildas överallt i lösningen. Detta leder till en delvis minskning av övermättnaden tills kärnbildningshastigheten faller tillbaka till noll. Den återstående övermättnaden reduceras genom diffusion av svavlet till bakterierna och nanopartiklarna blir större. Det bör noteras att homogen blandning av komponenterna alltid antas så att övermättnad inte sker lokalt.
Monodispersa kärnbildningskärnor bildas med denna metod eftersom redan cirka 10% ... 20% övermättnad leder till kärnbildning. Om å andra sidan en hög övermättnadsnivå orsakas av att man snabbt tillsätter en stor mängd vatten till en svavel-i-etanol-lösning kan många bakterier i olika storlekar uppstå, vilket leder till bildandet av en polydispers, så- kallas svavelmjölk.
LaMer uppnås också övermättnad genom reaktions 2Na 2 S 2 O 3 + 2HCl → 2HSO 3 - + S 2 + 4Na + + 2CI - i vatten. I ett visst koncentrationsområde för utgångsmaterialen är svaveldannandet så långsamt att den kritiska övermättnadskoncentrationen långsamt uppnås och monodispersa nanopartiklar uppstår. Vid höga initiala koncentrationer å andra sidan leder den snabba övermättnaden över den kritiska koncentrationen till bildandet av polydispersa partiklar. I andra system måste man också skilja mellan binodal och spinodal segregering. I det senare fallet kan en fasseparation äga rum utan kärnbildning, vilket också kan leda till en polydispers produkt.
Faserna av mättnad → övermättnad → kritisk övermättnad → snabb kärnbildning → partiell reduktion av övermättnad ner till kärnbildningshastighet noll → minskning av övermättnad genom diffusion har matematiskt beskrivits av LaMer.
litteratur
- 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.