Liesegang prstene? fascinujúce výtvory prírody

"Diablov kruh"

Pozrite si niekoľko fotografií živých organizmov a vzoriek neživej prírody: kolóniu baktérií na agarovom médiu, pleseň rastúcu na ovocí, huby na mestskom trávniku a minerály - achát, malachit, pieskovec. Čo majú všetky položky spoločné? Toto je ich štruktúra pozostávajúca z (viac či menej presne definovaných) sústredných kruhov. Volajú ich chemici Liesegang prstene.

Názov týchto štruktúr pochádza z mena objaviteľa? Raphael Edouard Liesegang, hoci nebol prvý, kto ich opísal. V roku 1855 to urobil Friedlieb Ferdinand Runge, ktorý sa okrem iného podieľal na uskutočňovaní chemických reakcií na filtračnom papieri. Vytvoril nemecký chemik? Samopestované obrázky? () možno určite považovať za prvé získané Liesegangove prstene a spôsob ich prípravy je papierová chromatografia. Tento objav si však svet vedy nevšimol? Runge to urobil s polstoročím pred plánovaným termínom (známym vynálezcom chromatografie je ruský botanik Michail Semjonovič Cvet, ktorý na začiatku XNUMX. storočia pôsobil vo Varšave). Nuž, toto nie je prvý takýto prípad v dejinách vedy; lebo aj objavy musia „prichádzať včas“.

Raphael Eduard Liesegang (1869-1947)? Nemecký chemik a podnikateľ vo fotografickom priemysle. Ako vedec študoval chémiu koloidov a fotografických materiálov. Preslávil sa objavovaním štruktúr známych ako Liesegangove prstene.

O slávu objaviteľa sa zaslúžil R. E. Liesegang, ktorému pomohla súhra okolností (tiež nie po prvý raz v histórii vedy?). V roku 1896 vypustil kryštál dusičnanu strieborného AgNO.₃ na sklenenej platni potiahnutej roztokom dvojchrómanu draselného (VI) K₂Cr₂O₇ v želatíne (Liesegang sa zaujímal o fotografiu a dichrómany sa dodnes používajú v tzv. ušľachtilých technikách klasickej fotografie, napr. v technike kaučuku a brómu). Okolo kryštálu lapis lazuli sa vytvorili sústredné kruhy hnedej zrazeniny chrómanu strieborného(VI)Ag.₂CrO₄ zaujal nemecký chemik. Vedec začal so systematickým skúmaním pozorovaného javu a preto boli prstence nakoniec pomenované po ňom.

Reakcia pozorovaná Liesegangom zodpovedala rovnici (napísané v skrátenej iónovej forme):

V roztoku dichrómanu (alebo chrómanu) sa medzi aniónmi vytvorí rovnováha

v závislosti od reakcie okolia. Pretože chróman strieborný je menej rozpustný ako dichróman strieborný, vyzráža sa.

Urobil prvý pokus vysvetliť pozorovaný jav. Wilhelm Friedrich Ostwald (1853-1932), nositeľ Nobelovej ceny za chémiu z roku 1909. Nemecký fyzikálny chemik uviedol, že precipitácia vyžaduje presýtenie roztoku, aby sa vytvorili kryštalizačné jadrá. Na druhej strane je tvorba prstencov spojená s fenoménom difúzie iónov v médiu, ktoré bráni ich pohybu (želatína). Chemická zlúčenina z vodnej vrstvy preniká hlboko do želatínovej vrstvy. Ióny "zachyteného" činidla sa používajú na vytvorenie zrazeniny. v želatíne, čo vedie k vyčerpaniu oblastí bezprostredne susediacich so sedimentom (ióny difundujú v smere klesajúcej koncentrácie).

Liesegangove krúžky in vitro

V dôsledku nemožnosti rýchleho vyrovnania koncentrácií konvekciou (miešaním roztokov) sa činidlo z vodnej vrstvy zrazí s inou oblasťou s dostatočne vysokou koncentráciou iónov obsiahnutých v želatíne, len v určitej vzdialenosti od už vytvorenej vrstvy? jav sa periodicky opakuje. Liesegangove kruhy sa preto vytvárajú ako výsledok zrážacej reakcie uskutočňovanej v podmienkach zložitého miešania činidiel. Môžete podobným spôsobom vysvetliť vrstvenú štruktúru niektorých minerálov? K difúzii iónov dochádza v hustom prostredí roztavenej magmy.

Prstencový živý svet je tiež výsledkom obmedzených zdrojov. Kruh diabla? zložená z húb (od nepamäti bola považovaná za stopu pôsobenia „zlých duchov“), vzniká jednoduchým spôsobom. Mycélium rastie všetkými smermi (pod zemou sú na povrchu viditeľné len plodnice). Po chvíli sa pôda v strede sterilizuje? mycélium odumiera, zostáva len na periférii a vytvára prstencovú štruktúru. Používanie zdrojov potravy v určitých oblastiach životného prostredia môže tiež vysvetliť kruhovú štruktúru kolónií baktérií a plesní.

experimenty Liesegang prstene možno ich vykonať doma (príklad experimentu je opísaný v článku; okrem toho Stefan Sienkowski vo vydaní Młodego Technika z 8/2006 predstavil pôvodný Liesegangov experiment). Avšak, stojí za to venovať pozornosť experimentátorom niekoľkým bodom. Teoreticky môžu Liesegangove krúžky vzniknúť pri akejkoľvek precipitačnej reakcii (väčšina z nich nie je popísaná v literatúre, takže sa môžeme stať priekopníkmi!), ale nie všetky vedú k požadovanému efektu a takmer všetky možné kombinácie činidiel v želatíne a vodný roztok (navrhuje autor, skúsenosti budú dobré).

pleseň na ovocí

Pamätajte, že želatína je bielkovina a je štiepená niektorými činidlami (vtedy sa nevytvorí gélová vrstva). Výraznejšie krúžky by sa mali získať pomocou čo najmenších skúmaviek (možno použiť aj uzavreté sklenené skúmavky). Trpezlivosť je však kľúčová, pretože niektoré experimenty sú veľmi časovo náročné (ale oplatí sa počkať; dobre tvarované prstene sú jednoduché? Krásne!).

Hoci fenomén kreativity Liesegang prstene sa nám môže zdať len chemická kuriozita (v školách ju nespomínajú), v prírode je veľmi rozšírená. Je jav uvedený v článku príkladom oveľa širšieho javu? chemické oscilačné reakcie, pri ktorých dochádza k periodickým zmenám koncentrácie substrátu. Liesegang prstene sú výsledkom týchto výkyvov v priestore. Zaujímavé sú tiež reakcie, ktoré demonštrujú kolísanie koncentrácií počas procesu, napríklad periodické zmeny koncentrácií glykolýznych činidiel, s najväčšou pravdepodobnosťou, sú základom biologických hodín živých organizmov.

Pozri skúsenosti:

Chémia na webe

?Priepasť? Internet obsahuje veľa stránok, ktoré môžu byť zaujímavé pre chemikov. Čoraz väčším problémom je však prebytok publikovaných údajov, niekedy aj pochybnej kvality. nie? bude tu citovať skvelé predpovede Stanislava Lema, ktorý pred viac ako 40 rokmi vo svojej knihe ?? vyhlásil, že rozširovanie informačných zdrojov súčasne obmedzuje ich dostupnosť.

Preto je v kútiku chémie sekcia, v ktorej budú zverejnené adresy a popisy najzaujímavejších „chemických“ lokalít. Súvisí s dnešným článkom? adresy vedúce na stránky popisujúce Liesegangove prstene.

Pôvodné dielo F. F. Rungeho v digitálnej podobe (samotný súbor PDF je k dispozícii na stiahnutie na skrátenej adrese: http://tinyurl.com/38of2mv):

http://edocs.ub.uni-frankfurt.de/volltexte/2007/3756/.

Web s adresou http://www.insilico.hu/liesegang/index.html je skutočným prehľadom vedomostí o prsteňoch Liesegang? históriu objavu, teórie vzdelávania a množstvo fotografií.

A na záver niečo špeciálne? film zobrazujúci tvorbu prstencov z precipitácie Ag₂CrO₄, dielo poľského študenta, rovesníka čitateľov MT. Samozrejme, zverejnené na YouTube:

Oplatí sa použiť aj vyhľadávač (najmä grafický) zadaním vhodných kľúčových slov: “Liesegang rings”, “Liesegang bands” alebo jednoducho “Liesegang rings”.

V roztoku dichrómanu (alebo chrómanu) sa medzi aniónmi vytvorí rovnováha

a v závislosti od reakcie okolia. Pretože chróman strieborný je menej rozpustný ako dichróman strieborný, vyzráža sa.

Prvý pokus o vysvetlenie pozorovaného javu urobil Wilhelm Friedrich Ostwald (1853-1932), nositeľ Nobelovej ceny za chémiu z roku 1909. Nemecký fyzikálny chemik uviedol, že precipitácia vyžaduje presýtenie roztoku, aby sa vytvorili kryštalizačné jadrá. Na druhej strane je tvorba prstencov spojená s fenoménom difúzie iónov v médiu, ktoré bráni ich pohybu (želatína). Chemická zlúčenina z vodnej vrstvy preniká hlboko do želatínovej vrstvy. Ióny "zachyteného" činidla sa používajú na vytvorenie zrazeniny. v želatíne, čo vedie k vyčerpaniu oblastí bezprostredne susediacich so sedimentom (ióny difundujú v smere klesajúcej koncentrácie). Z dôvodu nemožnosti rýchleho vyrovnania koncentrácií konvekciou (miešaním roztokov) sa činidlo z vodnej vrstvy zrazí s inou oblasťou s dostatočne vysokou koncentráciou iónov obsiahnutých v želatíne, len vo vzdialenosti od už vytvorenej vrstvy? jav sa periodicky opakuje. Liesegangove kruhy sa teda vytvárajú ako výsledok zrážacej reakcie uskutočňovanej v podmienkach zložitého miešania činidiel. Dokážete podobným spôsobom vysvetliť vznik vrstvenej štruktúry niektorých minerálov? K difúzii iónov dochádza v hustom prostredí roztavenej magmy.

Prstencový živý svet je tiež výsledkom obmedzených zdrojov. Kruh diabla? zložená z húb (od nepamäti bola považovaná za stopu pôsobenia „zlých duchov“), vzniká jednoduchým spôsobom. Mycélium rastie všetkými smermi (pod zemou sú na povrchu viditeľné len plodnice). Po chvíli sa pôda v strede sterilizuje? mycélium odumiera, zostáva len na periférii a vytvára prstencovú štruktúru. Používanie zdrojov potravy v určitých oblastiach životného prostredia môže tiež vysvetliť kruhovú štruktúru kolónií baktérií a plesní.

Experimenty s Liesegangovými krúžkami je možné vykonávať doma (príklad experimentu je popísaný v článku, navyše v čísle Młodego Technika z 8/2006 predstavil Stefan Sienkowski pôvodný Liesegangov experiment). Avšak, stojí za to venovať pozornosť experimentátorom niekoľkým bodom. Teoreticky môžu Liesegangove krúžky vzniknúť pri akejkoľvek precipitačnej reakcii (väčšina z nich nie je popísaná v literatúre, takže sa môžeme stať priekopníkmi!), ale nie všetky vedú k požadovanému efektu a takmer všetky možné kombinácie činidiel v želatíne a vodný roztok (navrhuje autor, skúsenosti budú dobré). Pamätajte, že želatína je bielkovina a je štiepená niektorými činidlami (vtedy sa nevytvorí gélová vrstva). Výraznejšie krúžky by sa mali získať pomocou čo najmenších skúmaviek (možno použiť aj uzavreté sklenené skúmavky). Trpezlivosť je však kľúčová, pretože niektoré experimenty sú veľmi časovo náročné (ale oplatí sa počkať; dobre tvarované prstene sú jednoduché? Krásne!).

Hoci sa vznik Liesegang ringu môže zdať ako chemická kuriozita (v školách sa o ňom nehovorí), v prírode je veľmi rozšírený. Je jav uvedený v článku príkladom oveľa širšieho javu? chemické oscilačné reakcie, pri ktorých dochádza k periodickým zmenám koncentrácie substrátu. Liesegangové prstence sú výsledkom týchto výkyvov vo vesmíre. Zaujímavé sú tiež reakcie, ktoré demonštrujú kolísanie koncentrácií počas procesu, napríklad periodické zmeny koncentrácií glykolýznych činidiel, s najväčšou pravdepodobnosťou, sú základom biologických hodín živých organizmov.

zp8497586rq