材料科学において、ヴィルヘルム・オストワルドによって考案されたオストワルド則、あるいはオストワルドのステップ則[1]は、多形の形成を記述する。この則は、通常、安定性の低い多形が最初に結晶化すると述べている。[2]また、この則はしばしば最も溶解性の高い相に対応する。オストワルド則は普遍的な法則ではなく、自然界で観察される一般的な傾向である。[3]
これは不可逆熱力学、構造関係、あるいは統計熱力学と温度による構造変化を組み合わせた考察に基づいて説明できます。不安定な多形は溶液中の状態に近くなるため、速度論的に有利です。
例えば、熱湯から取り出したベンズアミドは、まず準安定な繊維状の結晶を形成し、その後、より安定した斜方晶系多形へと自発的に変化します。顕著な例はリンで、昇華するとまず不安定な白リンを形成し、これがゆっくりと重合して赤色同素体へと変化します。これは二酸化チタンのアナターゼ型多形に顕著に現れます。アナターゼ型多形は準安定であるにもかかわらず、表面エネルギーが低いため、非晶質前駆体または溶液からの結晶化によって最初に形成される相です。ルチル型は、あらゆる温度・圧力下で平衡相となります。[4]
炭酸カルシウム（CaCO3 ）を水溶液から沈殿させると、まず水性懸濁液として一種の不安定なコロイドゾルまたはゲルが形成され、次に室温でCaCO3のより不安定で最も溶解性の高い多形であるバテライト（六方晶系）に変化し、さらに溶液の温度に応じて方解石（六方晶系、ρ = 2.7 g/cm3 ）（T ~ 40 °C）またはアラゴナイト（斜方晶系、ρ = 2.9 g/cm3 ）（T > 70 °C）に変化する。[5]
参照
参考文献
- ^ オストワルド、W. (1897)。 「Studien über die Bildung und Umwandlung fester Körper 1. Abhandlung: Übersättigung und Überkaltung」。物理化学の時代。22U (1): 289–330。土井:10.1515/zpch-1897-2233。
- ^ Van Stanten, RA (1984年11月1日). 「オストワルドのステップ則」(PDF) . Journal of Physical Chemistry . 88 (24): 5768– 6769. doi :10.1021/j150668a002.
- ^ Threlfall, T. (2003). 「オストワルド則の構造的および熱力学的説明」. Organic Process Research & Development . 7 (6): 1017– 1027. doi :10.1021/op030026l. ISSN 1083-6160.
- ^ Hanaor, Dorian AH; Sorrell, Charles C. (2011-02-01). 「アナターゼからルチルへの相転移のレビュー」. Journal of Materials Science . 46 (4): 855– 874. Bibcode :2011JMatS..46..855H. doi : 10.1007/s10853-010-5113-0 . hdl : 1959.4/unsworks_60954 . ISSN 1573-4803. S2CID 97190202.
- ^ Wray, John L.; Daniels, Farrington (1957). 「方解石とアラゴナイトの沈殿」 . Journal of the American Chemical Society . 79 (9): 2031– 2034. doi :10.1021/ja01566a001. ISSN 0002-7863 . 2025年8月1日閲覧。
さらに読む
- Steefel, Carl I.; Van Cappellen, Philippe (1990). 「水-岩石相互作用のモデル化への新たな運動学的アプローチ：核形成、前駆物質、およびオストワルド成長の役割」Geochimica et Cosmochimica Acta . 54 (10): 2657– 2677. doi : 10.1016/0016-7037(90)90003-4 .
