Nhẫn Liesegang? sự sáng tạo hấp dẫn của thiên nhiên

"Vòng tròn của quỷ"

Vui lòng xem một vài bức ảnh cho thấy các sinh vật sống và các mẫu vật vô tri vô giác: một đàn vi khuẩn trên môi trường thạch, nấm mốc phát triển trên trái cây, nấm trên bãi cỏ thành phố và khoáng chất - mã não, malachit, sa thạch. Tất cả các mặt hàng có điểm gì chung? Đây là cấu trúc của chúng, bao gồm các vòng tròn đồng tâm (ít nhiều được xác định rõ). Các nhà hóa học gọi chúng Nhẫn Liesegang.

Tên của những cấu trúc này bắt nguồn từ tên của người khám phá? Raphael Edouard Liesegang, mặc dù ông không phải là người đầu tiên mô tả chúng. Điều này được thực hiện vào năm 1855 bởi Friedlieb Ferdinand Runge, người đã tham gia vào việc thực hiện các phản ứng hóa học trên giấy lọc. Được tạo ra bởi một nhà hóa học người Đức?hình ảnh tự trồng? () chắc chắn có thể được coi là các vòng Liesegang đầu tiên thu được và phương pháp điều chế chúng là sắc ký giấy. Tuy nhiên, khám phá đã không được chú ý trong thế giới khoa học? Runge đã làm điều đó trước nửa thế kỷ so với kế hoạch (nhà thực vật học người Nga Mikhail Semyonovich Tsvet, người đã làm việc tại Warsaw vào đầu thế kỷ XNUMX, là một nhà phát minh sắc ký nổi tiếng). Chà, đây không phải là trường hợp đầu tiên như vậy trong lịch sử khoa học; vì ngay cả những khám phá cũng phải "đến đúng giờ."

Raphael Eduard Liesegang (1869-1947)? Nhà hóa học và doanh nhân người Đức trong ngành nhiếp ảnh. Là một nhà khoa học, ông nghiên cứu hóa học của chất keo và vật liệu chụp ảnh. Ông nổi tiếng vì đã khám phá ra các cấu trúc được gọi là vòng Liesegang.

R. E. Liesegang, người đã được nhiều hoàn cảnh giúp đỡ (cũng không phải là lần đầu tiên trong lịch sử khoa học?). Năm 1896, ông đánh rơi một tinh thể bạc nitrat AgNO.₃ trên một tấm thủy tinh có tráng một dung dịch kali đicromat (VI) K₂Cr₂O₇ trong gelatin (Liesegang quan tâm đến nhiếp ảnh, và dicromat vẫn được sử dụng trong cái gọi là kỹ thuật cao quý của nhiếp ảnh cổ điển, ví dụ, trong kỹ thuật cao su và brom). Các vòng tròn đồng tâm của kết tủa màu nâu của bạc (VI) Ag cromat hình thành xung quanh tinh thể lapis lazuli.₂CrO₄ nhà hóa học người Đức quan tâm. Nhà khoa học đã bắt đầu một nghiên cứu có hệ thống về hiện tượng quan sát được và do đó những chiếc nhẫn cuối cùng được đặt theo tên của ông.

Phản ứng mà Liesegang quan sát được tương ứng với phương trình (viết tắt ở dạng ion):

Trong dung dịch dicromat (hoặc cromat), cân bằng được thiết lập giữa các anion

, tùy thuộc vào phản ứng của môi trường. Vì bạc (VI) cromat ít tan hơn bạc (VI) đicromat nên nó tạo kết tủa.

Ông đã nỗ lực đầu tiên để giải thích hiện tượng quan sát được. Wilhelm Friedrich Ostwald (1853-1932), người đoạt giải Nobel Hóa học 1909. Nhà hóa học vật lý người Đức nói rằng sự kết tủa đòi hỏi sự bão hòa của dung dịch để tạo thành hạt nhân kết tinh. Mặt khác, sự hình thành các vòng gắn liền với hiện tượng khuếch tán các ion trong môi trường ngăn cản chuyển động của chúng (gelatin). Hợp chất hóa học từ lớp nước thấm sâu vào lớp gelatin. Các ion của thuốc thử "bị giữ lại" được sử dụng để tạo kết tủa. trong gelatin, dẫn đến cạn kiệt các khu vực liền kề với trầm tích (các ion khuếch tán theo hướng giảm nồng độ).

Liesegang nhẫn trong ống nghiệm

Do không thể cân bằng nồng độ nhanh chóng bằng cách đối lưu (trộn các dung dịch), thuốc thử từ lớp nước có va chạm với vùng khác có nồng độ ion đủ cao chứa trong gelatin, chỉ ở một khoảng cách nhất định so với lớp đã hình thành không? hiện tượng lặp lại theo chu kỳ. Do đó, các vòng Liesegang được hình thành là kết quả của phản ứng kết tủa được thực hiện trong điều kiện khó trộn lẫn các thuốc thử. Bạn có thể giải thích cấu trúc phân lớp của một số khoáng chất theo cách tương tự? Sự khuếch tán của các ion xảy ra trong một môi trường dày đặc của magma nóng chảy.

Thế giới sống có vòng tròn cũng là kết quả của việc hạn chế các nguồn tài nguyên. Vòng tròn của quỷ? bao gồm nấm (từ thời xa xưa nó được coi là dấu vết của hành động của "linh hồn ma quỷ"), nó phát sinh một cách đơn giản. Sợi nấm phát triển theo mọi hướng (dưới mặt đất, chỉ nhìn thấy quả thể trên bề mặt). Sau một thời gian, đất trở nên khử trùng ở tâm? sợi nấm chết đi, chỉ còn lại ở ngoại vi, tạo thành cấu trúc hình vòng. Việc sử dụng các nguồn thức ăn trong các khu vực nhất định của môi trường cũng có thể giải thích cấu trúc vòng của các khuẩn lạc vi khuẩn và nấm mốc.

Thử nghiệm với Nhẫn Liesegang chúng có thể được thực hiện ở nhà (ví dụ về một thí nghiệm được mô tả trong bài báo; ngoài ra, trong số 8/2006 của Młodego Technika, Stefan Sienkowski đã trình bày thí nghiệm ban đầu của Liesegang). Tuy nhiên, những người thực nghiệm đáng chú ý đến một số điểm. Về mặt lý thuyết, các vòng Liesegang có thể được hình thành trong bất kỳ phản ứng kết tủa nào (hầu hết chúng không được mô tả trong tài liệu, vì vậy chúng tôi có thể trở thành người tiên phong!), Nhưng không phải tất cả chúng đều dẫn đến hiệu quả mong muốn và hầu như tất cả các kết hợp thuốc thử có thể có trong gelatin và dung dịch nước (do tác giả gợi ý, kinh nghiệm sẽ tốt).

mốc trên trái cây

Hãy nhớ rằng gelatin là một protein và bị phân hủy bởi một số thuốc thử (sau đó một lớp gel không được hình thành). Nên sử dụng các ống nghiệm càng nhỏ càng tốt để thu được các vòng rõ nét hơn (cũng có thể sử dụng ống thủy tinh kín). Tuy nhiên, sự kiên nhẫn là chìa khóa vì một số thí nghiệm rất tốn thời gian (nhưng đáng để chờ đợi; những chiếc vòng được tạo hình tốt rất dễ dàng? Đẹp!).

Mặc dù hiện tượng sáng tạo Nhẫn Liesegang đối với chúng ta có vẻ như chỉ là một sự tò mò về hóa học (họ không đề cập đến nó trong trường học), nó rất phổ biến trong tự nhiên. Hiện tượng được đề cập trong bài có phải là một ví dụ của một hiện tượng rộng hơn nhiều không? các phản ứng dao động hóa học trong đó xảy ra sự thay đổi tuần hoàn nồng độ của chất nền. Nhẫn Liesegang chúng là kết quả của những dao động này trong không gian. Mối quan tâm cũng là các phản ứng thể hiện sự dao động của nồng độ trong quá trình này, ví dụ, sự thay đổi tuần hoàn nồng độ của thuốc thử đường phân, rất có thể, làm cơ sở cho đồng hồ sinh học của các sinh vật sống.

Xem kinh nghiệm:

Hóa học trên web

?Vực sâu? Internet có nhiều địa điểm mà một nhà hóa học có thể quan tâm. Tuy nhiên, một vấn đề ngày càng gia tăng là sự dư thừa của dữ liệu được công bố, đôi khi cũng có chất lượng đáng ngờ. Không? sẽ trích dẫn ở đây những tiên đoán xuất sắc của Stanislav Lem, người cách đây hơn 40 năm trong cuốn sách của mình ?? tuyên bố rằng việc mở rộng các nguồn thông tin đồng thời hạn chế tính sẵn có của chúng.

Vì vậy, trong góc của hóa học có một phần trong đó địa chỉ và mô tả về các địa điểm "hóa học" thú vị nhất sẽ được xuất bản. Liên quan đến bài viết hôm nay? địa chỉ dẫn đến các trang web mô tả vòng Liesegang.

Nguyên tác của F. F.Runge ở dạng kỹ thuật số (bản PDF có sẵn để tải về tại địa chỉ rút gọn: http://tinyurl.com/38of2mv):

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

Trang web có địa chỉ http://www.insilico.hu/liesegang/index.html là một bản tóm tắt kiến ​​thức thực sự về vòng Liesegang? lịch sử khám phá, lý thuyết về giáo dục và nhiều bức ảnh.

Và cuối cùng, một cái gì đó đặc biệt? phim cho thấy sự hình thành vòng kết tủa Ag₂CrO₄, tác phẩm của một sinh viên Ba Lan, bạn đọc đồng trang lứa của MT. Tất nhiên, được đăng trên YouTube:

Nó cũng đáng sử dụng một công cụ tìm kiếm (đặc biệt là một công cụ đồ họa) bằng cách nhập các từ khóa thích hợp vào đó: “Vòng Liesegang”, “Vòng Liesegang” hoặc đơn giản là “Vòng Liesegang”.

Trong dung dịch dicromat (hoặc cromat), cân bằng được thiết lập giữa các anion

và, tùy thuộc vào phản ứng của môi trường. Vì bạc (VI) cromat ít tan hơn bạc (VI) đicromat nên nó tạo kết tủa.

Nỗ lực đầu tiên để giải thích hiện tượng quan sát được là của Wilhelm Friedrich Ostwald (1853-1932), người đoạt giải Nobel Hóa học năm 1909. Nhà hóa học vật lý người Đức nói rằng sự kết tủa đòi hỏi sự bão hòa của dung dịch để tạo thành hạt nhân kết tinh. Mặt khác, sự hình thành các vòng gắn liền với hiện tượng khuếch tán các ion trong môi trường ngăn cản chuyển động của chúng (gelatin). Hợp chất hóa học từ lớp nước thấm sâu vào lớp gelatin. Các ion của thuốc thử "bị giữ lại" được sử dụng để tạo kết tủa. trong gelatin, dẫn đến cạn kiệt các khu vực liền kề với trầm tích (các ion khuếch tán theo hướng giảm nồng độ). Do không thể nhanh chóng cân bằng nồng độ bằng cách đối lưu (trộn các dung dịch), thuốc thử từ lớp nước va chạm với vùng khác có nồng độ ion đủ cao chứa trong gelatin, chỉ cách lớp đã tạo thành? hiện tượng lặp lại theo chu kỳ. Do đó, các vòng Liesegang được hình thành là kết quả của phản ứng kết tủa được thực hiện trong điều kiện khó trộn lẫn các thuốc thử. Bạn có thể giải thích sự hình thành cấu trúc phân lớp của một số khoáng vật theo cách tương tự? Sự khuếch tán của các ion xảy ra trong một môi trường dày đặc của magma nóng chảy.

Thế giới sống có vòng tròn cũng là kết quả của việc hạn chế các nguồn tài nguyên. Vòng tròn của quỷ? bao gồm nấm (từ thời xa xưa nó được coi là dấu vết của hành động của "linh hồn ma quỷ"), nó phát sinh một cách đơn giản. Sợi nấm phát triển theo mọi hướng (dưới mặt đất, chỉ nhìn thấy quả thể trên bề mặt). Sau một thời gian, đất trở nên khử trùng ở tâm? sợi nấm chết đi, chỉ còn lại ở ngoại vi, tạo thành cấu trúc hình vòng. Việc sử dụng các nguồn thức ăn trong các khu vực nhất định của môi trường cũng có thể giải thích cấu trúc vòng của các khuẩn lạc vi khuẩn và nấm mốc.

Thí nghiệm với vòng Liesegang có thể được thực hiện ở nhà (ví dụ về thí nghiệm được mô tả trong bài báo; ngoài ra, trong số báo Młodego Technika ngày 8/2006, Stefan Sienkowski đã trình bày thí nghiệm gốc của Liesegang). Tuy nhiên, những người thực nghiệm đáng chú ý đến một số điểm. Về mặt lý thuyết, các vòng Liesegang có thể được hình thành trong bất kỳ phản ứng kết tủa nào (hầu hết chúng không được mô tả trong tài liệu, vì vậy chúng tôi có thể trở thành người tiên phong!), Nhưng không phải tất cả chúng đều dẫn đến hiệu quả mong muốn và hầu như tất cả các kết hợp thuốc thử có thể có trong gelatin và dung dịch nước (do tác giả gợi ý, kinh nghiệm sẽ tốt). Hãy nhớ rằng gelatin là một protein và bị phân hủy bởi một số thuốc thử (sau đó một lớp gel không được hình thành). Nên sử dụng ống nghiệm càng nhỏ càng tốt để thu được các vòng rõ nét hơn (cũng có thể sử dụng ống thủy tinh kín). Tuy nhiên, sự kiên nhẫn là chìa khóa vì một số thí nghiệm rất tốn thời gian (nhưng đáng để chờ đợi; những chiếc vòng được tạo hình tốt rất dễ dàng? Đẹp!).

Mặc dù sự hình thành của vòng Liesegang có vẻ giống như một sự tò mò hóa học (nó không được đề cập trong các trường học), nhưng nó rất phổ biến trong tự nhiên. Hiện tượng được đề cập trong bài có phải là một ví dụ của một hiện tượng rộng hơn nhiều không? các phản ứng dao động hóa học trong đó xảy ra sự thay đổi tuần hoàn nồng độ của chất nền. Các vòng Liesegang là kết quả của những dao động này trong không gian. Mối quan tâm cũng là các phản ứng thể hiện sự dao động của nồng độ trong quá trình này, ví dụ, sự thay đổi tuần hoàn nồng độ của thuốc thử đường phân, rất có thể, làm cơ sở cho đồng hồ sinh học của các sinh vật sống.

zp8497586rq