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[[File:Ostwaldpic.png|right|thumb|300px|奧斯瓦爾德熟化的基本表示]] '''奧斯瓦爾德熟化'''（或'''奧氏熟化'''）是一種可在[[固溶體]]或[[溶胶|液溶膠]]中觀察到的現象，其描述了一種非均勻結構隨時間流逝所發生的變化：[[溶質]]中的較小型的結晶或溶膠顆粒溶解並再次沉積到較大型的結晶或溶膠顆粒上。 <ref>{{GoldBookRef | title = Ostwald ripening | file = O04348.html}}</ref>

[[威廉·奥斯特瓦尔德|威廉·奧斯特瓦爾德]]首次於1896年對上面提到的這種變化進行了描述。 <ref>W. Ostwald. '''1896'''. ''Lehrbuch der Allgemeinen Chemie'', vol. 2, part 1. Leipzig, Germany.</ref>奧氏熟化通常會出現在油包水[[乳劑]]中，而相對的在水包油乳劑中則會發生[[絮凝]]。 <ref name="Hubbard 2004 4230">{{cite book
  | last = Hubbard
  | first = Arthur T.
  | title = Encyclopedia of Surface and Colloid Science
  | publisher = CRC Press
  | year = 2004
  | url = http://books.google.com/?id=vnb2X7Q8_cYC&pg=PA4230&lpg=PA4230&dq=ostwald+ripening+emulsion+polymerization
  | accessdate = 2007-11-13
  | isbn = 0824707591
  | page = 4230 }}</ref>

==機理==
這個以熱力學為基礎的過程是由於大型顆粒能量低於小型顆粒而產生的。 <ref name="GandC">{{cite book|last=Ratke|first=Lorenz|coauthors=Voorhees, Peter W.|title=Growth and Coarsening: Ostwald Ripening in Material Processing|publisher=Springer|year=2002|url=http://books.google.com/?id=baKRnEuSBXkC&dq=ostwald+ripening&printsec=frontcover|accessdate=2007-11-15|pages=117–118|isbn=3540425632|location=}}</ref>該理論是根據顆粒表面分子由於能量高於顆粒內部分子而產生的不穩定性的事實所逆向推導出來的。

以一個由原子組成的立方結晶為例：所有在其內部的原子都和與其相鄰的6個原子緊緊相連，形成了非常穩定的結構，而處於其表面的原子則因為與之相鄰的原子少於6個，穩定性大打折扣。根據大型顆粒具有較低能量這個事實，較大型的結晶體相對於小型結晶體將具有較多的穩定的包含7原子的結構和較少的包含6原子或更少原子的結構。由於[[熱力學系統]]會不斷進行釋放能量的過程，在較小型結晶體表面的原子（上述的由於與等於或少於5個原子相連而能量較高的原子）會根據[[開爾文方程]]趨向於脫離該結晶體，溶解於溶劑中。如果所有的小型結晶體都在進行這個過程，溶劑中的自由原子的濃度將大大提高，當溶劑中的自由原子達到[[過飽和溶液|過飽和狀態]]時，它們將具有[[凝結]]到大型結晶體表面的趨勢；<ref name="GandC" />因此，在溶劑中，小型顆粒將不斷萎縮，而相對的大型顆粒不斷增大，同時溶質的整體平均半徑也不斷增加；可以認為在經過足夠長的時間之後，所有的溶質將最終變為一個巨大的球型的顆粒以達到表面積最小的效果（從而變為能量最低）。

奥斯瓦尔德成熟定量模型的研究历史悠久，并且有许多来历。<ref>{{cite journal|title=Review Progress in Ostwald ripening theories and their applications to nickel-base superalloys Part I: Ostwald ripening theories|author=Baldan, A.|journal=Journal of Materials Science|issue=11|doi=10.1023/A:1015388912729|year=2002|volume=37|pages=2171–2202|bibcode=2002JMatS..37.2171B}}</ref>1958年，Lifshitz和Slyozov<ref>{{cite journal|title=The Kinetics of Precipitation from Supersaturated Solid Solutions|journal=Journal of Physics and Chemistry of Solids|issue=1–2|doi=10.1016/0022-3697(61)90054-3|year=1961|volume=19|pages=35–50|bibcode=1961JPCS...19...35L|author1=Lifshitz, I.M.|author2=Slyozov, V.V.}}</ref>在最慢的材料[[扩散作用|扩散]]的情况下进行成熟的奥斯特瓦尔德数学研究。他们首先表明了单个粒子如何在溶液中的生长情况。该方程式描述了在缩小的小颗粒与成长的大颗粒之间的边界。他们最后得出结论，粒子⟨R⟩的平均半径的增长如下：

{{Math|<math>\langle R \rangle ^3 - \langle R \rangle _0 ^3 = \frac {8 \gamma c_{\infty}v^2D} {9R_g T} t </math>}}

代表数值：
{| class="wikitable"
|{{Math|<math> \langle R \rangle </math>}}
|=
|所有粒子的平均半径
|-
|{{Math|<math> \gamma </math>}}
|=
|粒子[[表面张力]]或[[表面能]]
|-
|{{Math|<math> c_{\infty} </math>}}
|=
|颗粒材料的[[溶解性|溶解度]]
|-
|{{Math|<math> v </math>}}
|=
|颗粒材料的[[摩尔体积]]
|-
|{{Math|<math> D </math>}}
|=
|颗粒材料的[[质量扩散率]]
|-
|{{Math|<math> R_g </math>}}
|=
|[[氣體常數|理想气体常数]]
|-
|{{Math|<math> T </math>}}
|=
|[[热力学温度]]和
|-
|{{Math|<math> t </math>}}
|=
|时间
|}
请注意，数量{{Math|⟨R⟩<sup>3</sup>}}不同于{{Math|⟨R<sup>3</sup>⟩}}，只有后者可以用来计算平均交易量，并且⟨R⟩为{{Math|t<sup>1/3</sup>}}的陈述依赖于{{Math|⟨R⟩<sub>0</sub>}}为零；但是由于成核是一个与生长分开的过程，因此{{Math|⟨R⟩<sub>0</sub>}}超出了方程的有效性范围。但是因为[[成核]]是一个独立于增长的过程，这使{{Math|⟨R⟩<sub>0</sub>}}超出方程的有效性范围。在与{{Math|⟨R⟩<sub>0</sub>}}的实际值无关的情况下，尊重所有术语含义的一种方法是采用方程的时间导数来消除{{Math|⟨R⟩<sub>0</sub>}}和{{Math|t}}。另一种这样的方法是在初始时间i为正值的情况下将{{Math|⟨R⟩<sub>0</sub>}}更改为{{Math|⟨R⟩<sub>i</sub>}}。

Lifshitz和Slyozov推导中还包含一个粒子尺寸分布函数{{Math|f(R, t)}}的方程。为方便起见，将粒子的半径除以平均半径以形成一个新变量ρ={{Math|R(⟨R⟩)<sup>−1</sup>}}

{{Math|<math> f(R,t) = \frac {4}{9} \rho^2 \left(\frac {3}{3+\rho}\right)^\frac {7}{3} \left(\frac {1.5} {1.5 - \rho}\right)^\frac {11}{3} \exp \left(- \frac {1.5}{1.5 - \rho}\right),         \rho < 1.5 </math>}}

三年后，利夫希茨（Lifshitz）和斯柳佐夫（Slyozov）发表了他们新的发现（俄语，1958年），卡尔·瓦格纳（Carl Wagner）对奥斯特瓦尔德成熟进行了自己的数学研究<ref>{{cite journal|title=Theorie der Alterung von Niederschlägen durch Umlösen (Ostwald-Reifung)|author=Wagner, C.|url=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bbpc.19610650704/abstract|journal=Zeitschrift für Elektrochemie|issue=7|doi=10.1002/bbpc.19610650704|doi-broken-date=2021-01-14|year=1961|volume=65|pages=581–591|trans-title=Theory of the aging of precipitates by dissolution-reprecipitation (Ostwald ripening)|access-date=2021-05-02|archive-date=2017-07-29|archive-url=https://web.archive.org/web/20170729190251/http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bbpc.19610650704/abstract|dead-url=no}}</ref>，检查[[扩散作用|扩散]]缓慢的两个系统以及粒子表面附着和分离较慢的两个系统。尽管他的计算和方法不同，但瓦格纳对于慢扩散系统得出的结论与Lifshitz和Slyozov相同。多年来一直没有注意到这种重复的推论，因为这两篇科学论文于1961年在《[[铁幕]]》的两面发表。直到1975年，卡尔威特才提出理论相同的事实<ref>{{cite journal|title=Ostwald Ripening of Precipitates|author=Kahlweit, M.|journal=Advances in Colloid and Interface Science|issue=1|doi=10.1016/0001-8686(75)85001-9|year=1975|volume=5|pages=1–35}}</ref>并将它们组合到Lifshitz-Slyozov-Wagner或LSW Ostwald熟化理论中。许多实验和[[仿真]]表明LSW理论是可靠且准确的。甚至一些经历了旋节线分解的系统也已经显示出在生长的初始阶段后在[[定量研究]]上服从LSW理论。<ref>{{cite journal|title=Diffusion-driven phase separation of deeply quenched mixtures|journal=Physical Review E|issue=6|doi=10.1103/PhysRevE.58.7691|year=1998|volume=58|pages=7691–7699|bibcode=1998PhRvE..58.7691V|author3=Mauri, R.|author1=Vladimirova, N.|author2=Malagoli, A.}}</ref>

瓦格纳（Wagner）得出结论，当分子的附着和分离慢于扩散时，则生长速率变为

{{Math|<math> \langle R \rangle ^2 = \frac {64 \gamma c_{\infty} v^2 k_s} {81 R_g T} t </math>}}

其中{{Math|k<sub>s</sub>}}是附着的反应[[速率常数]]，[[计量单位|单位]]为时间长度。由于平均半径通常是可以在实验中测量的值，因此很容易判断系统是否遵循慢扩散方程或慢附着方程。如果实验数据服从两个方程式，则很可能发生了另一种机理，并且未发生奥斯特瓦尔德成熟。

尽管LSW理论和奥斯特瓦尔德熟化旨在用于流体中的固体熟化，但奥斯特瓦尔德熟化也出现在液-液系统中，例如在水包油乳液聚合中。<ref name="Hubbard 2004 4230" />在这种情况下，由于单个单体分子在较大单体液滴中的更大溶解度，奥斯特瓦尔德熟化导致[[单体]]（即单个分子或原子）从较小液滴向较大液滴的[[扩散作用|扩散]]。该扩散过程的速率与单体在乳液的连续（水）相中的溶解度有关。这可能导致乳液不稳定（例如，通过乳化和沉淀）。<ref>{{cite book|last=Branen|first=Alfred Larry|title=Food Additives|publisher=CRC Press|year=2002|url=https://books.google.com/books?id=K8urEPJvXNsC&q=ostwald+ripening+destabilization+emulsion&pg=PA724|isbn=978-0-8247-9343-2|page=724|access-date=2021-05-02|archive-date=2021-05-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20210510214446/https://books.google.com/books?id=K8urEPJvXNsC&q=ostwald+ripening+destabilization+emulsion&pg=PA724|dead-url=no}}</ref>

== 具体例子 ==
[[File:Pastis1.jpg|thumb|具体例子：法國茴香酒，油滴與水混合，透過奧斯特瓦爾德成熟而生長。]]
奥斯特瓦尔德熟化的日常示例是冰淇淋中水的重结晶，使旧[[冰淇淋]]具有坚韧，松脆的质地。较大的冰晶会以冰淇淋中较小的冰晶为代价生长，从而产生较粗糙的质感。<ref>{{cite book|last=Clark|first=Chris|title=The Science of Ice Cream|publisher=Royal Society of Chemistry|year=2004|pages=78–79|url=https://books.google.com/books?id=bKZ1oICZWywC&q=ice+cream+ostwald&pg=PA78|isbn=978-0-85404-629-4|access-date=2021-05-02|archive-date=2021-05-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20210505050306/https://books.google.com/books?id=bKZ1oICZWywC&q=ice+cream+ostwald&pg=PA78|dead-url=no}}</ref>

另一个美食方面的实例是[[乌佐效应]]，其中混浊的微乳状液中的液滴通过奥斯特瓦尔德熟化而生长。

在[[地质学]]中，这是质地变粗，[[固相線|固相线]]以下的固晶和晶体的老化或生长，低于固相线温度的[[現象|现象]]。它通常被认为是[[正長石|正长石]]巨晶形成过程。<ref>{{cite journal|title=Using Quantitative Textural Analysis to Understand the Emplacement of Shallow-Level Rhyolitic Laccoliths—a Case Study from the Halle Volcanic Complex, Germany|url=https://archive.org/details/sim_journal-of-petrology_2003-05_44_5/page/833|last=Mock|first=A.|journal=Journal of Petrology|issue=5|doi=10.1093/petrology/44.5.833|year=2003|volume=44|pages=833–849|bibcode=2003JPet...44..833M}}</ref>作为控制[[成核]]和生长速率[[热化学]]限制的晶体生长的物理过程的替代方法。

在[[水溶液]]化学作用和[[沉淀]]物老化中，该术语是指较大晶体从较小尺寸的晶体中生长出来，而较小尺寸的晶体比较大的晶体具有更高的溶解度。在此过程中，最初形成的许多小晶体（原子核）缓慢消失，除了少数一些长大的晶体（以晶体的生长为代价）。较小的晶体充当较大晶体生长的燃料。限制奥斯特瓦尔德熟化用于[[量子点]]溶液合成的现代技术。<ref>{{cite journal|title=Ostwald ripening of quantum-dot nanostructures|first1=R.D.|last2=Gudyma|first2=Yu. V.|date=December 2001|journal=Semiconductors|issue=12|doi=10.1134/1.1427975|volume=35|pages=1378–1382|bibcode=2001Semic..35.1378V|last3=Yarema|first3=S. V.|last1=Vengrenovich}}</ref>奥斯特瓦尔德熟化也是沉淀物消化和老化的关键过程，这是[[重量分析法|重量分析]]的重要步骤。消化的沉淀物通常更纯净，并且更易于清洗和过滤。

奥斯特瓦尔德熟化也可能发生在[[乳浊液]]体系中，分子通过连续相从小液滴扩散到大液滴。当需要[[细乳液]]时，添加极[[疏水性|疏水]]的化合物以阻止该过程的发生。<ref>{{Cite journal|title=Inhibition of Ostwald Ripening in Model Beverage Emulsions by Addition of Poorly Water Soluble Triglyceride Oils|first1=David Julian|last2=Henson|first2=Lulu|date=2012|journal=Journal of Food Science|issue=1|doi=10.1111/j.1750-3841.2011.02484.x|volume=77|pages=C33–C38|language=en|issn=1750-3841|pmid=22133014|last3=Popplewell|first3=L. Michael|last4=Decker|first4=Eric Andrew|last5=Choi|first5=Seung Jun|last1=McClements}}</ref>

大气中液态水云中较大液滴的扩散生长以较小液滴为代价也被称为奥斯特瓦尔德熟化。<ref>{{cite journal|title=How important is the spectral ripening effect in stratiform boundary layer clouds? Studies using simple trajectory analysis|first1=R.|last2=Irons|first2=S.|journal=Journal of the Atmospheric Sciences|issue=18|doi=10.1175/1520-0469(2002)059<2681:HIITSR>2.0.CO;2|year=2002|volume=59|pages=2681–2693|last3=Jonas|first3=P. R.|last1=Wood}}</ref>

==腳註==
{{Reflist}}

==其他鏈接==
* [http://www.roentzsch.org/OR/index.html Ostwald Ripening] {{Wayback|url=http://www.roentzsch.org/OR/index.html |date=20200128082233 }}一個奧氏熟化的3D動力學蒙特卡羅模擬

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