Оствальдово созревание

О́ствальдово созрева́ние (переконденсация, изотермическая перегонка), укрупнение элементов дисперсной фазы в дисперсной системе за счёт массопереноса вещества от меньших по размеру частей дисперсной фазы к большим. Оно протекает наряду с агрегацией, коалесценцией, коагуляцией и флокуляцией.

Явление впервые было описано российско-немецким учёным В. Оствальдом. Основные теории механизмов протекания процесса оствальдова созревания предложили немецкий физикохимик К. В. Вагнер, а также советские физики И. М. Лифшиц и В. В. Слёзов.

В термодинамически неравновесных системах, т. е. в системах, для образования которых необходимо приложить энергию извне, протекают процессы, приводящие к разрушению таких систем. Они стремятся к снижению полной энергии, что соответствует более стабильному состоянию. Полная энергия двухфазной дисперсной системы уменьшается при увеличении размера частей дисперсной фазы за счёт уменьшения общей площади межфазной поверхности и снижения избыточной свободной поверхностной энергии.

Движущей силой процесса оствальдова созревания является изменение химического потенциала при изменении кривизны поверхности, которая зависит от размера частицы. Атомы перетекают из областей с высокой кривизной поверхности в области с низкой. Это приводит к увеличению среднего размера дисперсной фазы в результате уменьшения доли дисперсной фазы, обладающей большой кривизной поверхности (мелких капель, частиц и др.), что согласуется с условием уменьшения полной энергии двухфазной системы, необходимого для увеличения её стабильности. Процессы, вызванные изменением поверхностной энергии, проявляются как одна из стадий процесса фазового перехода, например кристаллизации. В этом случае процесс называют оствальдовой перекристаллизацией.

Оствальдово созревание протекает в ходе массопереноса вещества к более крупным участкам дисперсной фазы от более мелких. Такой массоперенос может быть осуществлён за счёт молекулярной диффузии, т. е. растворения вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде и движения молекул. Растворимость дисперсной фазы в дисперсионной среде зависит от радиуса кривизны поверхности частицы: растворимость увеличивается с уменьшением радиуса. В эмульсиях мелкие капли растворяются, а затем диффундируют и становятся частью более крупных, что приводит к общему увеличению среднего размера капель дисперсной фазы и её последующему расслоению. Фактически движущей силой процесса оствальдова созревания в эмульсиях можно также считать внутреннее давление в каплях дисперсной фазы, которое зависит от размера частиц в дисперсной системе. При этом в наноэмульсиях в зависимости от растворимости вещества наибольший вклад в оствальдово созревание может вносить как молекулярная диффузия, так и перенос через дисперсионную среду мицелл и нанокапель при низкой растворимости дисперсной фазы в дисперсионной среде. Вне зависимости от механизма массопереноса оствальдово созревание способствует увеличению интенсивности и других процессов укрупнения капель – агрегации и коалесценции – и приводит к разрушению термодинамически нестабильных дисперсных систем.