Modèle LaMer
Le modèle LaMer , développé par le chimiste américain Victor LaMer (1895–1966), explique la croissance des nanoparticules par une approche cinétique. À l'origine, LaMer a été le premier à décrire la production de saumures de soufre monodispersées . Le modèle est utilisé aujourd'hui pour la croissance d'une grande variété de nanoparticules. La production de nanoparticules de même taille étant un défi constant en chimie des colloïdes , l'importance du modèle réside dans la description qualitative des conditions nécessaires dans lesquelles des nanoparticules monodisperses peuvent apparaître. De plus, les coefficients de diffusion peuvent être déterminés quantitativement à l'aide de la formulation mathématique du modèle.
Le modèle LaMer est expliqué de manière simplifiée à l'aide de la méthode de dilution. Le soufre est soluble dans l' éthanol , mais insoluble dans l'eau. Si de l'eau est ajoutée lentement à une solution de soufre dans l'éthanol, la solubilité du soufre dans le mélange éthanol / eau diminue à mesure que la proportion d'eau augmente. Une fois la concentration de saturation atteinte, l'absence de noyaux de nucléation conduit à une sursaturation . Ce n'est que lorsqu'une concentration critique est dépassée que le soufre se nuclée spontanément pour former des nanoparticules. La vitesse de nucléation est alors si grande que des noyaux de même taille se forment partout dans la solution. Cela conduit à une réduction partielle de la sursaturation jusqu'à ce que le taux de nucléation retombe à zéro. La sursaturation restante est réduite par diffusion du soufre vers les germes avec l'élargissement des nanoparticules. Il convient de noter que le mélange homogène des composants est toujours supposé afin que la sursaturation ne se produise pas localement.
Des noyaux de nucléation monodispersés sont formés avec cette méthode car une sursaturation d'environ 10 à 20% conduit à la nucléation. Si, en revanche, un niveau élevé de sursaturation est causé par l'ajout rapide d'une grande quantité d'eau à une solution de soufre dans l'éthanol, de nombreux germes de différentes tailles peuvent apparaître, ce qui conduit à la formation d'un polydisperse, appelé lait de soufre.
LaMer a également atteint la sursaturation par la réaction 2Na 2 S 2 O 3 + 2HCl → 2HSO 3 - + S 2 + 4Na + + 2Cl - dans l'eau. Dans une certaine plage de concentration des matières premières, la formation de soufre est si lente que la concentration de sursaturation critique est lentement atteinte et il en résulte des nanoparticules monodispersées. A des concentrations initiales élevées, en revanche, la sursaturation rapide au-dessus de la concentration critique conduit à la formation de particules polydispersées. Dans d'autres systèmes, une distinction doit également être faite entre la ségrégation binodale et spinodale. Dans ce dernier, la séparation de phase peut avoir lieu sans nucléation, ce qui peut également conduire à un produit polydispersé.
Les phases de saturation → sursaturation → sursaturation critique → nucléation rapide → réduction partielle de la sursaturation jusqu'à un taux de nucléation nul → réduction de sursaturation par diffusion ont été décrites mathématiquement par LaMer.
Littérature
- Victor K. LaMer, Robert H. Dinegar, "Théorie, production et mécanisme de formation d'hydrosols monodispersés", Journal de l'American Chemical Society 72 (11) (1950) 4847-4854.