Τα δαχτυλίδια Liesegang; συναρπαστικές δημιουργίες της φύσης

"Ο κύκλος του διαβόλου"

Παρακαλούμε δείτε μερικές φωτογραφίες που δείχνουν ζωντανούς οργανισμούς και δείγματα άψυχης φύσης: μια αποικία βακτηρίων σε ένα μέσο άγαρ, μια μούχλα που αναπτύσσεται σε φρούτα, μύκητες σε ένα γκαζόν της πόλης και ορυκτά - αχάτης, μαλαχίτης, ψαμμίτης. Τι κοινό έχουν όλα τα αντικείμενα; Αυτή είναι η δομή τους, που αποτελείται από (περισσότερο ή λιγότερο καλά καθορισμένους) ομόκεντρους κύκλους. Οι χημικοί τους λένε Δαχτυλίδια Liesegang.

Το όνομα αυτών των δομών προέρχεται από το όνομα του ανακάλυψε; Ο Raphael Edouard Liesegang, αν και δεν ήταν ο πρώτος που τα περιέγραψε. Αυτό έγινε το 1855 από τον Friedlieb Ferdinand Runge, ο οποίος συμμετείχε, μεταξύ άλλων, στη διεξαγωγή χημικών αντιδράσεων σε διηθητικό χαρτί. Δημιουργήθηκε από έναν Γερμανό χημικό; () σίγουρα μπορούν να θεωρηθούν οι πρώτοι δακτύλιοι Liesegang που αποκτήθηκαν και η μέθοδος παρασκευής τους είναι η χρωματογραφία χαρτιού. Ωστόσο, η ανακάλυψη δεν έγινε αντιληπτή στον κόσμο της επιστήμης; Ο Runge το έκανε μισό αιώνα νωρίτερα από το χρονοδιάγραμμα (ο Ρώσος βοτανολόγος Mikhail Semyonovich Tsvet, ο οποίος εργάστηκε στη Βαρσοβία στις αρχές του XNUMXού αιώνα, είναι γνωστός εφευρέτης της χρωματογραφίας). Λοιπόν, αυτή δεν είναι η πρώτη τέτοια περίπτωση στην ιστορία της επιστήμης. γιατί ακόμη και οι ανακαλύψεις πρέπει να «έρθουν στην ώρα τους».

Raphael Eduard Liesegang (1869-1947); Γερμανός χημικός και επιχειρηματίας στον κλάδο της φωτογραφίας. Ως επιστήμονας, μελέτησε τη χημεία των κολλοειδών και τα φωτογραφικά υλικά. Ήταν διάσημος για την ανακάλυψη δομών γνωστών ως δακτυλίων Liesegang.

Η φήμη του ανακάλυψε κέρδισε ο R. E. Liesegang, ο οποίος βοηθήθηκε από έναν συνδυασμό περιστάσεων (επίσης όχι για πρώτη φορά στην ιστορία της επιστήμης;). Το 1896, έριξε έναν κρύσταλλο νιτρικού αργύρου AgNO.₃ σε γυάλινη πλάκα επικαλυμμένη με διάλυμα διχρωμικού καλίου (VI) Κ₂Cr₂O₇ στη ζελατίνη (ο Liesegang ενδιαφερόταν για τη φωτογραφία και τα διχρωμικά άλατα χρησιμοποιούνται ακόμα στις λεγόμενες ευγενείς τεχνικές της κλασικής φωτογραφίας, για παράδειγμα, στην τεχνική του καουτσούκ και του βρωμίου). Ομόκεντροι κύκλοι καφέ ιζήματος χρωμικού αργύρου(VI)Ag σχηματίστηκαν γύρω από έναν κρύσταλλο λάπις λάζουλι.₂Κρο₄ ενδιαφέρθηκε ο Γερμανός χημικός. Ο επιστήμονας ξεκίνησε μια συστηματική μελέτη του παρατηρούμενου φαινομένου και ως εκ τούτου τα δαχτυλίδια πήραν τελικά το όνομά του.

Η αντίδραση που παρατηρήθηκε από τον Liesegang αντιστοιχούσε στην εξίσωση (γραμμένη σε συντομευμένη ιοντική μορφή):

Σε ένα διχρωμικό (ή χρωμικό) διάλυμα, δημιουργείται μια ισορροπία μεταξύ των ανιόντων

, ανάλογα με την αντίδραση του περιβάλλοντος. Επειδή ο χρωμικός άργυρος (VI) είναι λιγότερο διαλυτός από τον διχρωμικό άργυρο (VI), καθιζάνει.

Έκανε την πρώτη προσπάθεια να εξηγήσει το παρατηρούμενο φαινόμενο. Wilhelm Friedrich Ostwald (1853-1932), νικητής του Νόμπελ Χημείας 1909. Ο Γερμανός φυσικοχημικός δήλωσε ότι η καθίζηση απαιτεί υπερκορεσμό του διαλύματος προκειμένου να σχηματιστούν πυρήνες κρυστάλλωσης. Από την άλλη, ο σχηματισμός δακτυλίων συνδέεται με το φαινόμενο της διάχυσης ιόντων σε ένα μέσο που εμποδίζει την κίνησή τους (ζελατίνη). Η χημική ένωση από το στρώμα νερού διεισδύει βαθιά στο στρώμα ζελατίνης. Τα ιόντα του «παγιδευμένου» αντιδραστηρίου χρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν ένα ίζημα. στη ζελατίνη, η οποία οδηγεί σε εξάντληση περιοχών που γειτνιάζουν αμέσως με το ίζημα (ιόντα διαχέονται προς την κατεύθυνση της μείωσης της συγκέντρωσης).

Το Liesegang χτυπά in vitro

Λόγω της αδυναμίας ταχείας εξισορρόπησης των συγκεντρώσεων με συναγωγή (ανάμιξη διαλυμάτων), το αντιδραστήριο από την υδατική στιβάδα συγκρούεται με άλλη περιοχή με επαρκώς υψηλή συγκέντρωση ιόντων που περιέχονται στη ζελατίνη, μόνο σε μια ορισμένη απόσταση από το ήδη σχηματισμένο στρώμα; το φαινόμενο επαναλαμβάνεται περιοδικά. Επομένως, οι δακτύλιοι Liesegang σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης καθίζησης που διεξάγεται υπό συνθήκες δύσκολης ανάμειξης των αντιδραστηρίων. Μπορείτε να εξηγήσετε την πολυεπίπεδη δομή ορισμένων ορυκτών με παρόμοιο τρόπο; Η διάχυση των ιόντων συμβαίνει σε ένα πυκνό μέσο λιωμένου μάγματος.

Ο κυκλικός ζωντανός κόσμος είναι επίσης αποτέλεσμα περιορισμένων πόρων. Κύκλος του διαβόλου; που αποτελείται από μανιτάρια (από αμνημονεύτων χρόνων θεωρούνταν ίχνος της δράσης των «κακών πνευμάτων»), προκύπτει με απλό τρόπο. Το μυκήλιο αναπτύσσεται προς όλες τις κατευθύνσεις (κάτω από το έδαφος, μόνο καρποφόρα σώματα είναι ορατά στην επιφάνεια). Μετά από λίγο, το χώμα αποστειρώνεται στο κέντρο; το μυκήλιο πεθαίνει, παραμένοντας μόνο στην περιφέρεια, σχηματίζοντας μια δομή σε σχήμα δακτυλίου. Η χρήση των πόρων τροφίμων σε ορισμένες περιοχές του περιβάλλοντος μπορεί επίσης να εξηγήσει τη δομή του δακτυλίου των αποικιών βακτηρίων και μούχλας.

πειράματα Δαχτυλίδια Liesegang μπορούν να πραγματοποιηθούν στο σπίτι (ένα παράδειγμα πειράματος περιγράφεται στο άρθρο· επιπλέον, στο τεύχος του Młodego Technika με ημερομηνία 8/2006, ο Stefan Sienkowski παρουσίασε το αρχικό πείραμα του Liesegang). Ωστόσο, αξίζει να δοθεί η προσοχή των πειραματιστών σε πολλά σημεία. Θεωρητικά, οι δακτύλιοι Liesegang μπορούν να σχηματιστούν σε οποιαδήποτε αντίδραση καθίζησης (οι περισσότεροι από αυτούς δεν περιγράφονται στη βιβλιογραφία, άρα μπορούμε να γίνουμε πρωτοπόροι!), αλλά δεν οδηγούν όλοι στο επιθυμητό αποτέλεσμα και σχεδόν όλοι οι πιθανοί συνδυασμοί αντιδραστηρίων σε ζελατίνη και υδατικό διάλυμα (προτείνεται από τον συγγραφέα, η εμπειρία θα είναι καλή).

μούχλα στα φρούτα

Θυμηθείτε ότι η ζελατίνη είναι μια πρωτεΐνη και διασπάται από ορισμένα αντιδραστήρια (τότε δεν σχηματίζεται ένα στρώμα γέλης). Οι πιο έντονοι δακτύλιοι πρέπει να λαμβάνονται χρησιμοποιώντας δοκιμαστικούς σωλήνες όσο το δυνατόν μικρότερους (μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σφραγισμένοι γυάλινοι σωλήνες). Η υπομονή είναι το κλειδί, ωστόσο, καθώς ορισμένα πειράματα είναι πολύ χρονοβόρα (αλλά αξίζει την αναμονή· τα καλοσχηματισμένα δαχτυλίδια είναι εύκολα; Όμορφα!).

Αν και το φαινόμενο της δημιουργικότητας Δαχτυλίδια Liesegang μπορεί να μας φαίνεται μόνο χημική περιέργεια (δεν το αναφέρουν στα σχολεία), είναι πολύ διαδεδομένο στη φύση. Είναι το φαινόμενο που αναφέρεται στο άρθρο παράδειγμα πολύ ευρύτερου φαινομένου; χημικές ταλαντωτικές αντιδράσεις κατά τις οποίες συμβαίνουν περιοδικές αλλαγές στη συγκέντρωση του υποστρώματος. Δαχτυλίδια Liesegang είναι το αποτέλεσμα αυτών των διακυμάνσεων στο χώρο. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν επίσης αντιδράσεις που δείχνουν διακυμάνσεις στις συγκεντρώσεις κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, για παράδειγμα, περιοδικές αλλαγές στις συγκεντρώσεις των αντιδραστηρίων γλυκόλυσης, πιθανότατα, αποτελούν τη βάση του βιολογικού ρολογιού των ζωντανών οργανισμών.

Δείτε την εμπειρία:

Η χημεία στο δίκτυο

?Αβυσσος? Το Διαδίκτυο περιέχει πολλούς ιστότοπους που μπορεί να ενδιαφέρουν έναν χημικό. Ωστόσο, ένα αυξανόμενο πρόβλημα είναι η υπερπληθώρα δημοσιευμένων δεδομένων, μερικές φορές και αμφίβολης ποιότητας. Οχι? θα παραθέσω εδώ τις λαμπρές προβλέψεις του Στάνισλαβ Λεμ, ο οποίος πριν από 40 και πλέον χρόνια στο βιβλίο του ?? διακήρυξε ότι η επέκταση των πόρων πληροφοριών περιορίζει ταυτόχρονα τη διαθεσιμότητά τους.

Ως εκ τούτου, στη γωνία της χημείας υπάρχει μια ενότητα στην οποία θα δημοσιεύονται διευθύνσεις και περιγραφές των πιο ενδιαφέρων "χημικών" τοποθεσιών. Σχετίζεται με το σημερινό άρθρο; διευθύνσεις που οδηγούν σε ιστότοπους που περιγράφουν δαχτυλίδια Liesegang.

Το πρωτότυπο έργο του F. F. Runge σε ψηφιακή μορφή (το ίδιο το αρχείο PDF είναι διαθέσιμο για λήψη στη συντομευμένη διεύθυνση: http://tinyurl.com/38of2mv):

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

Ιστοσελίδα με διεύθυνση http://www.insilico.hu/liesegang/index.html είναι μια πραγματική συλλογή γνώσεων για τα δαχτυλίδια Liesegang; την ιστορία της ανακάλυψης, τις θεωρίες της εκπαίδευσης και πολλές φωτογραφίες.

Και τέλος, κάτι ιδιαίτερο; ταινία που δείχνει σχηματισμό δακτυλίου κατακρήμνισης Ag₂Κρο₄, έργο ενός Πολωνού μαθητή, συνομήλικου αναγνωστών του ΜΤ. Φυσικά, αναρτήθηκε στο YouTube:

Αξίζει επίσης να χρησιμοποιήσετε μια μηχανή αναζήτησης (ειδικά μια γραφική) εισάγοντας τις κατάλληλες λέξεις-κλειδιά σε αυτήν: "Liesegang rings", "Liesegang bands" ή απλά "Liesegang rings".

Σε ένα διχρωμικό (ή χρωμικό) διάλυμα, δημιουργείται μια ισορροπία μεταξύ των ανιόντων

και, ανάλογα με την αντίδραση του περιβάλλοντος. Επειδή ο χρωμικός άργυρος (VI) είναι λιγότερο διαλυτός από τον διχρωμικό άργυρο (VI), καθιζάνει.

Η πρώτη προσπάθεια εξήγησης του παρατηρούμενου φαινομένου έγινε από τον Wilhelm Friedrich Ostwald (1853-1932), βραβευμένο με Νόμπελ Χημείας το 1909. Ο Γερμανός φυσικοχημικός δήλωσε ότι η καθίζηση απαιτεί υπερκορεσμό του διαλύματος προκειμένου να σχηματιστούν πυρήνες κρυστάλλωσης. Από την άλλη, ο σχηματισμός δακτυλίων συνδέεται με το φαινόμενο της διάχυσης ιόντων σε ένα μέσο που εμποδίζει την κίνησή τους (ζελατίνη). Η χημική ένωση από το στρώμα νερού διεισδύει βαθιά στο στρώμα ζελατίνης. Τα ιόντα του «παγιδευμένου» αντιδραστηρίου χρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν ένα ίζημα. στη ζελατίνη, η οποία οδηγεί σε εξάντληση περιοχών που γειτνιάζουν αμέσως με το ίζημα (ιόντα διαχέονται προς την κατεύθυνση της μείωσης της συγκέντρωσης). Λόγω της αδυναμίας γρήγορης εξισορρόπησης των συγκεντρώσεων με συναγωγή (ανάμιξη διαλυμάτων), το αντιδραστήριο από το υδατικό στρώμα συγκρούεται με άλλη περιοχή με επαρκώς υψηλή συγκέντρωση ιόντων που περιέχονται στη ζελατίνη, μόνο σε απόσταση από το ήδη σχηματισμένο στρώμα; το φαινόμενο επαναλαμβάνεται περιοδικά. Έτσι, οι δακτύλιοι Liesegang σχηματίζονται ως αποτέλεσμα μιας αντίδρασης καθίζησης που διεξάγεται υπό συνθήκες δύσκολης ανάμειξης των αντιδραστηρίων. Μπορείτε να εξηγήσετε το σχηματισμό της πολυεπίπεδης δομής ορισμένων ορυκτών με παρόμοιο τρόπο; Η διάχυση των ιόντων συμβαίνει σε ένα πυκνό μέσο λιωμένου μάγματος.

Πειράματα με δαχτυλίδια Liesegang μπορούν να πραγματοποιηθούν στο σπίτι (ένα παράδειγμα πειράματος περιγράφεται στο άρθρο· επιπλέον, στο τεύχος του Młodego Technika με ημερομηνία 8/2006, ο Stefan Sienkowski παρουσίασε το αρχικό πείραμα Liesegang). Ωστόσο, αξίζει να δοθεί η προσοχή των πειραματιστών σε πολλά σημεία. Θεωρητικά, οι δακτύλιοι Liesegang μπορούν να σχηματιστούν σε οποιαδήποτε αντίδραση καθίζησης (οι περισσότεροι από αυτούς δεν περιγράφονται στη βιβλιογραφία, άρα μπορούμε να γίνουμε πρωτοπόροι!), αλλά δεν οδηγούν όλοι στο επιθυμητό αποτέλεσμα και σχεδόν όλοι οι πιθανοί συνδυασμοί αντιδραστηρίων σε ζελατίνη και υδατικό διάλυμα (προτείνεται από τον συγγραφέα, η εμπειρία θα είναι καλή). Θυμηθείτε ότι η ζελατίνη είναι μια πρωτεΐνη και διασπάται από ορισμένα αντιδραστήρια (τότε δεν σχηματίζεται ένα στρώμα γέλης). Οι πιο έντονοι δακτύλιοι πρέπει να λαμβάνονται χρησιμοποιώντας δοκιμαστικούς σωλήνες όσο το δυνατόν μικρότερους (μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σφραγισμένοι γυάλινοι σωλήνες). Η υπομονή είναι το κλειδί, ωστόσο, καθώς ορισμένα πειράματα είναι πολύ χρονοβόρα (αλλά αξίζει την αναμονή· τα καλοσχηματισμένα δαχτυλίδια είναι εύκολα; Όμορφα!).

Αν και ο σχηματισμός του δακτυλίου Liesegang μπορεί να φαίνεται σαν χημική περιέργεια (δεν αναφέρεται στα σχολεία), είναι πολύ διαδεδομένο στη φύση. Είναι το φαινόμενο που αναφέρεται στο άρθρο παράδειγμα πολύ ευρύτερου φαινομένου; χημικές ταλαντωτικές αντιδράσεις κατά τις οποίες συμβαίνουν περιοδικές αλλαγές στη συγκέντρωση του υποστρώματος. Οι δακτύλιοι Liesegang είναι το αποτέλεσμα αυτών των διακυμάνσεων στο διάστημα. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν επίσης αντιδράσεις που δείχνουν διακυμάνσεις στις συγκεντρώσεις κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, για παράδειγμα, περιοδικές αλλαγές στις συγκεντρώσεις των αντιδραστηρίων γλυκόλυσης, πιθανότατα, αποτελούν τη βάση του βιολογικού ρολογιού των ζωντανών οργανισμών.

zp8497586rq