Modelo LaMer

Representação esquemática do modelo LaMer.

O modelo LaMer , que foi desenvolvido pelo químico americano Victor LaMer (1895–1966), explica o crescimento de nanopartículas usando uma abordagem cinética. Originalmente, LaMer foi o primeiro a descrever a produção de salmouras de enxofre monodispersas . O modelo é usado hoje para o crescimento de uma ampla variedade de nanopartículas. Como a produção de nanopartículas do mesmo tamanho é um desafio constante na química dos colóides , a importância do modelo reside na descrição qualitativa das condições necessárias sob as quais nanopartículas monodispersas podem surgir. Além disso, os coeficientes de difusão podem ser determinados quantitativamente com a ajuda da formulação matemática do modelo.

O modelo LaMer é explicado de forma simplificada usando o método de diluição. O enxofre é solúvel em etanol , mas insolúvel em água. Se a água for lentamente adicionada a uma solução de enxofre em etanol, a solubilidade do enxofre na mistura de etanol / água diminui à medida que a proporção de água aumenta. Após a concentração de saturação ter sido atingida, a falta de núcleos de nucleação leva à supersaturação . Somente quando uma concentração crítica é excedida, o enxofre espontaneamente nuclea para formar nanopartículas. A taxa de nucleação é então tão grande que núcleos do mesmo tamanho são formados em toda a solução. Isso leva a uma redução parcial na supersaturação até que a taxa de nucleação caia de volta a zero. A supersaturação restante é reduzida pela difusão do enxofre para os germes com o aumento das nanopartículas. Deve-se notar que a mistura homogênea dos componentes é sempre presumida de forma que a supersaturação não ocorra localmente.

Núcleos de nucleação monodispersa são formados com este método porque aproximadamente 10%… 20% de supersaturação leva à nucleação. Se, por outro lado, um alto nível de supersaturação é causado pela rápida adição de uma grande quantidade de água a uma solução de enxofre em etanol, muitos germes de tamanhos diferentes podem surgir, o que leva à formação de um polidisperso, o chamado leite de enxofre.

LaMer também alcançou supersaturação através da reação 2Na 2 S 2 O 3 + 2HCl → 2HSO 3 - + S 2 + 4Na + + 2Cl - em água. Em uma certa faixa de concentração dos materiais de partida, a formação de enxofre é tão lenta que a concentração crítica de supersaturação é lentamente alcançada e resultam em nanopartículas monodispersas. Em altas concentrações iniciais, por outro lado, a rápida supersaturação acima da concentração crítica leva à formação de partículas polidispersas. Em outros sistemas, uma distinção também deve ser feita entre segregação binodal e espinodal. No último caso, uma separação de fases pode ocorrer sem nucleação, o que também pode levar a um produto polidisperso.

As fases de saturação → supersaturação → supersaturação crítica → nucleação rápida → redução parcial da supersaturação até a taxa de nucleação zero → redução da supersaturação por difusão foram matematicamente descritas por LaMer.

literatura

  • 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.