Modelo LaMer
El modelo LaMer , que fue desarrollado por el químico estadounidense Victor LaMer (1895-1966), explica el crecimiento de nanopartículas utilizando un enfoque cinético. Originalmente, LaMer fue el primero en describir la producción de salmueras de azufre monodispersas . El modelo se utiliza hoy en día para el crecimiento de una amplia variedad de nanopartículas. Dado que la producción de nanopartículas del mismo tamaño es un desafío constante en la química coloidal , la importancia del modelo radica en la descripción cualitativa de las condiciones necesarias bajo las cuales pueden surgir nanopartículas monodispersas. Además, los coeficientes de difusión se pueden determinar cuantitativamente con la ayuda de la formulación matemática del modelo.
El modelo LaMer se explica de manera simplificada utilizando el método de dilución. El azufre es soluble en etanol , pero insoluble en agua. Si se agrega agua lentamente a una solución de azufre en etanol, la solubilidad del azufre en la mezcla de etanol / agua disminuye a medida que aumenta la proporción de agua. Una vez que se ha alcanzado la concentración de saturación, la ausencia de núcleos de nucleación conduce a la sobresaturación . Solo cuando se excede una concentración crítica, el azufre se nuclea espontáneamente para formar nanopartículas. La tasa de nucleación es entonces tan grande que se forman núcleos del mismo tamaño en todas partes de la solución. Esto conduce a una reducción parcial de la sobresaturación hasta que la tasa de nucleación vuelve a caer a cero. La sobresaturación restante se reduce mediante la difusión del azufre a los gérmenes con el agrandamiento de las nanopartículas. Cabe señalar que siempre se asume una mezcla homogénea de los componentes para que la sobresaturación no tenga lugar localmente.
Los núcleos de nucleación monodispersos se forman con este método porque aproximadamente el 10%… el 20% de sobresaturación conduce a la nucleación. Si, por otro lado, un alto nivel de sobresaturación es causado por la rápida adición de una gran cantidad de agua a una solución de azufre en etanol, pueden surgir muchos gérmenes de diferentes tamaños, lo que conduce a la formación de una polidispersa, la denominada leche de azufre.
LaMer también logró la sobresaturación a través de la reacción 2Na 2 S 2 O 3 + 2HCl → 2HSO 3 - + S 2 + 4Na + + 2Cl - en agua. En un cierto intervalo de concentración de los materiales de partida, la formación de azufre es tan lenta que la concentración crítica de sobresaturación se alcanza lentamente y se obtienen nanopartículas monodispersas. A altas concentraciones iniciales, por otro lado, la sobresaturación rápida por encima de la concentración crítica conduce a la formación de partículas polidispersas. En otros sistemas, también debe hacerse una distinción entre segregación binodal y espinodal. En este último, la separación de fases puede tener lugar sin nucleación, lo que también puede conducir a un producto polidisperso.
Las fases de saturación → sobresaturación → sobresaturación crítica → nucleación rápida → reducción parcial de sobresaturación hasta la tasa de nucleación cero → reducción de sobresaturación por difusión han sido descritas matemáticamente por LaMer.
literatura
- Victor K. LaMer, Robert H. Dinegar, "Teoría, producción y mecanismo de formación de hidrosoles monodispersos", Revista de la Sociedad Química Estadounidense 72 (11) (1950) 4847-4854.