Modello LaMer
Il modello LaMer , sviluppato dal chimico americano Victor LaMer (1895–1966), spiega la crescita delle nanoparticelle utilizzando un approccio cinetico. In origine, LaMer fu il primo a descrivere la produzione di salamoie monodisperse di zolfo. Il modello viene utilizzato oggi per la crescita di un'ampia varietà di nanoparticelle. Poiché la produzione di nanoparticelle della stessa dimensione è una sfida costante nella chimica dei colloidi , l'importanza del modello risiede nella descrizione qualitativa delle condizioni necessarie in cui possono sorgere nanoparticelle monodisperse. Inoltre, con l'ausilio della formulazione matematica del modello, i coefficienti di diffusione possono essere determinati quantitativamente.
Il modello LaMer è spiegato in modo semplificato utilizzando il metodo di diluizione. Lo zolfo è solubile in etanolo , ma insolubile in acqua. Se l'acqua viene aggiunta lentamente a una soluzione di zolfo in etanolo, la solubilità dello zolfo nella miscela di etanolo / acqua diminuisce all'aumentare del contenuto di acqua. Dopo che la concentrazione di saturazione è stata raggiunta, l'assenza di nuclei di nucleazione porta alla sovrasaturazione . Solo quando viene superata una concentrazione critica lo zolfo si nucleare spontaneamente per formare nanoparticelle. La velocità di nucleazione è quindi così grande che nuclei della stessa dimensione si formano ovunque nella soluzione. Ciò porta ad una parziale riduzione della sovrasaturazione fino a quando la velocità di nucleazione non torna a zero. La restante supersaturazione viene ridotta per diffusione dello zolfo ai germi con l'ingrandimento delle nanoparticelle. Va notato che si assume sempre una miscelazione omogenea dei componenti in modo che la sovrasaturazione non avvenga localmente.
I nuclei di nucleazione monodispersi si formano con questo metodo perché già circa il 10% ... 20% di sovrasaturazione porta alla nucleazione. Se invece un alto livello di sovrasaturazione è causato dalla rapida aggiunta di una grande quantità di acqua ad una soluzione di zolfo in etanolo, possono insorgere molti germi di diverse dimensioni, che portano alla formazione di un polidisperso, il cosiddetto latte di zolfo.
LaMer ha anche ottenuto la sovrasaturazione attraverso la reazione 2Na 2 S 2 O 3 + 2HCl → 2HSO 3 - + S 2 + 4Na + + 2Cl - in acqua. In un certo intervallo di concentrazione dei materiali di partenza, la formazione di zolfo è così lenta che la concentrazione critica di sovrasaturazione viene raggiunta lentamente e risultano nanoparticelle monodisperse. Ad alte concentrazioni iniziali, invece, la rapida sovrasaturazione al di sopra della concentrazione critica porta alla formazione di particelle polidisperse. In altri sistemi, deve essere fatta anche una distinzione tra segregazione binodale e spinodale. In quest'ultimo, la separazione di fase può avvenire senza nucleazione, che può anche portare a un prodotto polidisperso.
Le fasi di saturazione → supersaturazione → supersaturazione critica → nucleazione rapida → riduzione parziale della supersaturazione fino a velocità di nucleazione zero → riduzione della supersaturazione per diffusione sono state descritte matematicamente da LaMer.
letteratura
- 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.