Ostwald-Reifung
Die Ostwald-Reifung ist ein von selbst ablaufender kolloidchemischer Reifeprozess disperser Materie, der um 1900 vom Universalgelehrten und späteren Nobelpreisträger für Chemie, Wilhelm Ostwald, entdeckt und nach ihm benannt wurde.[1]
Die Ostwald-Reifung beruht auf der Krümmungsabhängigkeit des Dampfdrucks bzw. der Löslichkeit eines feinen Pulvers, im Wortlaut Ostwalds: „da nach bekannten Prinzipien ein feines Pulver löslicher sein muss als ein grobes, ebenso wie kleine Tröpfchen einen größeren Dampfdruck haben als große“ (Gibbs-Thomson-Effekt). Der Dampfdruck- bzw. Konzentrationsunterschied in einem geschlossenen System wird ausgeglichen, indem ein Materiestrom von den kleinen zu den großen Kolloiden fließt. Folglich schrumpfen die kleinen, die großen aber wachsen weiter. Sobald der Radius eines kleinen Kolloids unter einen kritischen Wert schreitet, wird es energetisch instabil und löst sich vollständig auf (Kelvin-Instabilität). Folglich verringert sich die Zahl der Kolloide mit fortschreitender Evolution (Vergröberung) und es kommt zu einer Phasentrennung. Während der Ostwald-Reifung wird die freie Energie (Oberflächenspannung) des Systems minimiert. Dies ist von Bedeutung für die praktische Anwendung in der Produktion von Emulsionen oder Salben, bei der Bewertung der Stabilität von Schäumen oder bei der Wolkenpunkt-Extraktion. Die Ostwald-Reifung ist nephelometrisch über den Tyndall-Effekt messbar.
Ein gleichartiger Effekt tritt in der Metallkunde beim Überaltern und beim Kornwachstum in polykristallinen Festkörpern auf, besonders während der Kornvergröberung, nachdem das Kornwachstum abgeschlossen ist. Die Überalterung resultiert aus der Ausscheidungsvergröberung ausgeschiedener Teilchen einer zweiten Phase in metallischen Legierungen durch Ostwald-Reifung, die quantitativ durch Carl Wagners Theorie der Ostwald-Reifung beschrieben wird.[2] In analoger Weise beschrieb Mats Hillert die Kornvergröberung in vielkristallinen Metallen und Legierungen.[3]
Weblinks
- Ostwald-Reifung – kinetische 3D-Gitter-Monte-Carlo-Simulation
Einzelnachweise
- ↑ Wilhelm Ostwald: Über die vermeintliche Isomerie des roten und gelben Quecksilberoxyds und die Oberflächenspannung fester Körper. In: Zeitschrift für Physikalische Chemie. Bd. 34, 1900, S. 495–503.
- ↑ C. Wagner:Theorie der Alterung von Niederschlägen durch Umlösen (Ostwald-Reifung). Zeitschrift für Elektrochemie Bd. 65, Nr. 7/8 (1961), S. 581-591.
- ↑ M. Hillert:On the Theory of Normal and Abnormal Grain Growth. Acta Metallurgica, Bd. 13, Nr. 3 (1965), S. 227 ff.