LaMer-modell

Skjematisk fremstilling av LaMer-modellen.

Den LaMer modellen , som ble utviklet av den amerikanske kjemikeren Victor LaMer (1895-1966), forklarer veksten av nanopartikler ved hjelp av en kinetisk tilnærming. Opprinnelig var LaMer den første som beskrev produksjonen av monodisperse svovel saltlaker. Modellen brukes i dag for vekst av et bredt utvalg av nanopartikler. Siden produksjonen av nanopartikler av samme størrelse er en konstant utfordring i kolloidkjemi , ligger viktigheten av modellen i den kvalitative beskrivelsen av de nødvendige forholdene der monodisperse nanopartikler kan oppstå. I tillegg, ved hjelp av den matematiske formuleringen av modellen, kan diffusjonskoeffisienter bestemmes kvantitativt.

LaMer-modellen forklares på en forenklet måte ved hjelp av fortynningsmetoden. Svovel er løselig i etanol , men uoppløselig i vann. Hvis vann sakte tilsettes en svovel-i-etanol-løsning, reduseres svovelets løselighet i etanol / vann-blandingen når vanninnholdet øker. Etter at metningskonsentrasjonen er nådd, fører fraværet av kjernekjerner til overmetting . Først når en kritisk konsentrasjon overskrides, kjerner svovelet spontant for å danne nanopartikler. Kjernehastigheten er da så stor at kjerner av samme størrelse dannes overalt i løsningen. Dette fører til en delvis reduksjon i overmettingen til kjernefrekvensen synker tilbake til null. Den gjenværende overmettet reduseres ved diffusjon av svovel til bakteriene, og nanopartiklene blir større. Det skal bemerkes at homogen blanding av komponentene alltid antas slik at overmetting ikke finner sted lokalt.

Monodisperse kjernefysiske kjerner dannes med denne metoden fordi allerede ca. 10% ... 20% overmetting fører til kjerner. Hvis derimot et høyt overmettningsnivå er forårsaket av raskt å tilsette en stor mengde vann til en svovel-i-etanol-løsning, kan mange bakterier i forskjellige størrelser oppstå, noe som fører til dannelsen av en polydispers, såkalt svovelmelk.

LaMer også oppnås overmetning gjennom reaksjons 2Na 2 S 2 O 3 + 2HCI → 2HSO 3 - + S 2 + 4Na + + 2 Cl - i vann. I et bestemt konsentrasjonsområde for utgangsmaterialene er svoveldannelsen så langsom at den kritiske overmettningskonsentrasjonen sakte oppnås og monodisperse nanopartikler oppstår. Ved høye innledende konsentrasjoner, derimot, fører den raske overmettet over den kritiske konsentrasjonen til dannelse av polydisperse partikler. I andre systemer må det også skilles mellom binodal og spinodal segregering. I sistnevnte tilfelle kan en faseseparasjon finne sted uten kimdannelse, noe som også kan føre til et polydispers produkt.

Fasene til metning → overmetting → kritisk overmetting → rask kimdannelse → delvis reduksjon av overmettet opp til kjernehastighet null → reduksjon av overmetting ved diffusjon er matematisk beskrevet 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.