Ostwaldovo zrenje je opažena pojava u čvrstom ili tečnom rastvoru koja opisuje promjenu u nehomogenim strukturama tokom vremena, i.e., mali kristali ili sol čestice se rastvaraju, a stvaraju se veći kristali ili sol čestica.
Raspuštanje malih kristala ili sol čestica i gomilanje njihovih ostataka na površinama većih kristala ili sol čestica je prvi opisao Wilhelm Ostwald u 1896. Ostwaldovo zrenja se obično nalazi u emulziji voda-u-ulju, dok flokulacija se nalazi u emulziji ulje-u-vodi.
Mehanizam
Ovaj termodinamički-vođen spontani proces nastaje zbog toga što su veće čestice u energetskoj prednost od manjih čestica. To proizlazi iz činjenice da su molekule na površini čestice energetski manje stabilne od onih u unutrašnjosti.
Kubnih kristalnu strukturu (natrijev klorid)
Razmotrimo kubni kristal atoma: svi atomi unutra su spojeni sa 6 susjeda i prilično su stabilni, ali atomi na površini su vezani samo za 5 susjeda ili manje, što čini ove površinske atome ili atomske veze manje stabilnim. Velike čestice su energetski povoljnije manjih čestica jer im je više atoma vezano za 6 susjeda i manje atoma su na nepovoljnoj poziciji na površini. Kad sistem pokušava smanjiti svoju ukupnu energiju molekule na površini malih čestica (energetski nepovoljne, sa samo 3 ili 4 ili 5 vezanih susjeda) će težiti da se odvoje od čestica, prema Kelvin jednadžbi, i difuzno se rastvoriti. Kada se sve male čestice raspadnu, to povećava koncentraciju slobodnih molekula u otopini. Kada su slobodne molekule u otopini prezasićene, slobodne molekule imaju tendenciju da se kondenziraju na površini većih čestica. Dakle, sve manje čestice se smanjuju, dok veće čestice rastu, a ukupna prosječna veličina će se povećati. Kako vrijeme teži u beskonačnost, sve čestice postaju jedna velika sferna čestica kako bi se smanjila ukupna površina.
Istorija napretka istraživanja u kvantitativnom modeliranju Ostwald zrenja je duga, sa mnogim derivacijama. 1958. godine, Lifshitz i Slyozov obavljaju matematičku istragu Ostwald zrenja u slučaju kada je difuzija materijala najsporiji proces. Počeli su navodeći kako jedna čestica raste u otopini. Ova jednadžba opisuje gdje je granica između malih, skupljenih čestica i velikih, rastućih čestica. Oni su na kraju zaključili da prosječna radijus čestica ⟨R⟩, raste kako slijedi:
gdje je:
 |
= | srednji radijus svih čestica |
 |
= | površinska energija |
 |
= | konstanta veza za vrstu materijala |
 |
= | molarni volumen materijala od kojeg je čestica |
 |
= | koeficijent difuzije materijala od kojeg je čestica |
 |
= | konstanta idealnog gasa |
 |
= | absolutna temperatura |
 |
= | vrijeme. |
Konkretni primjeri
Svakodnevni primjer Ostwald zrenja je ponovna kristalizacije vode u sladoled koji daje starom sladoledu neumoljivu, hrskavu teksturu. Veći kristali leda rastu na račun manjih u sladoledu, stvarajući grublje teksture.
U hemiji, ovaj termin se odnosi na rast većih kristala od onih manjih dimenzija koje imaju veću topljivost od većih. U tom procesu, mnogo se malih kristala koji su u početku formirani, rastavara, osim nekoliko koji postaju veći, na štetu malih kristala. Mali kristali djeluju kao gorivo za rast većih kristala. Ograničavanje Ostwald zrenja je ključno u modernoj tehnologiji za rješavanje sinteze kvantnih tačaka. Ostwald zrenje je ključni proces u varenju taloga, što je važan korak u gravimetrijskoj analizi. Pocijepani talog je općenito čistiji i lakši za pranje i filtriranje.
