Liesegang ringer? fascinerende naturskabelser

"Djævelens kreds"

Se venligst et par fotografier, der viser levende organismer og prøver af livløs natur: en koloni af bakterier på et agarmedium, en skimmelsvamp, der vokser på frugter, svampe på en bygræsplæne og mineraler - agat, malakit, sandsten. Hvad har alle genstande til fælles? Dette er deres struktur, der består af (mere eller mindre veldefinerede) koncentriske cirkler. Kemikere kalder dem Liesegang ringer.

Navnet på disse strukturer kommer fra navnet på opdageren? Raphael Edouard Liesegang, selvom han ikke var den første til at beskrive dem. Det blev gjort i 1855 af Friedlieb Ferdinand Runge, der blandt andet var med til at udføre kemiske reaktioner på filterpapir. Skabt af en tysk kemiker? Selvdyrkede billeder? () kan bestemt betragtes som de første opnåede Liesegang-ringe, og metoden til deres fremstilling er papirkromatografi. Men opdagelsen blev ikke bemærket i videnskabens verden? Runge gjorde det et halvt århundrede før planlagt (den russiske botaniker Mikhail Semyonovich Tsvet, der arbejdede i Warszawa i begyndelsen af ​​det XNUMX. århundrede, er en velkendt opfinder af kromatografi). Nå, dette er ikke det første sådan tilfælde i videnskabens historie; thi selv opdagelser skal "komme til tiden".

Raphael Eduard Liesegang (1869-1947)? Tysk kemiker og iværksætter i fotobranchen. Som videnskabsmand studerede han kolloidernes og fotografiske materialers kemi. Han var berømt for at opdage strukturer kendt som Liesegang-ringe.

Opdagerens berømmelse blev fortjent af R. E. Liesegang, som blev hjulpet af en kombination af omstændigheder (også ikke for første gang i videnskabens historie?). I 1896 tabte han en krystal af sølvnitrat AgNO.₃ på en glasplade belagt med en opløsning af kaliumdichromat (VI) K₂Cr₂O₇ i gelatine (Liesegang var interesseret i fotografi, og dichromater bruges stadig i de såkaldte ædle teknikker i klassisk fotografi, for eksempel i teknikken med gummi og brom). Koncentriske cirkler af brunt bundfald af sølv(VI)Ag-kromat dannet omkring en lapis lazuli-krystal.₂CrO₄ interesserede den tyske kemiker. Videnskabsmanden begyndte en systematisk undersøgelse af det observerede fænomen, og derfor blev ringene til sidst opkaldt efter ham.

Reaktionen observeret af Liesegang svarede til ligningen (skrevet i forkortet ionisk form):

I en dichromat (eller chromat) opløsning etableres en ligevægt mellem anionerne

afhængigt af omgivelsernes reaktion. Fordi sølv(VI)-chromat er mindre opløseligt end sølv(VI)-dichromat, udfældes det.

Han gjorde det første forsøg på at forklare det observerede fænomen. Wilhelm Friedrich Ostwald (1853-1932), vinder af 1909 Nobelprisen i kemi. Den tyske fysisk kemiker udtalte, at udfældning kræver overmætning af opløsningen for at danne krystallisationskerner. På den anden side er dannelsen af ​​ringe forbundet med fænomenet diffusion af ioner i et medium, der forhindrer deres bevægelse (gelatine). Den kemiske forbindelse fra vandlaget trænger dybt ind i gelatinelaget. Ionerne af det "fangede" reagens bruges til at danne et bundfald. i gelatine, hvilket fører til udtømning af områder umiddelbart ved siden af ​​sedimentet (ioner diffunderer i retning af faldende koncentration).

Liesegang ringer in vitro

På grund af umuligheden af ​​hurtig udligning af koncentrationer ved konvektion (blanding af opløsninger), kolliderer reagenset fra det vandige lag med et andet område med en tilstrækkelig høj koncentration af ioner indeholdt i gelatine, kun i en vis afstand fra det allerede dannede lag? fænomenet gentages med jævne mellemrum. Derfor dannes Liesegang-ringe som et resultat af udfældningsreaktionen udført under betingelser med vanskelig blanding af reagenserne. Kan du forklare den lagdelte struktur af nogle mineraler på lignende måde? Diffusion af ioner sker i et tæt medium af smeltet magma.

Den ringede levende verden er også resultatet af begrænsede ressourcer. Djævelens cirkel? sammensat af svampe (fra umindelige tider blev det betragtet som et spor af "onde ånder"), det opstår på en enkel måde. Mycelium vokser i alle retninger (under jorden er kun frugtlegemer synlige på overfladen). Efter et stykke tid bliver jorden steriliseret i midten? myceliet dør ud, forbliver kun i periferien og danner en ringformet struktur. Brugen af ​​fødevareressourcer i visse områder af miljøet kan også forklare ringstrukturen i bakterie- og skimmelkolonier.

eksperimenter Liesegang ringer de kan udføres derhjemme (et eksempel på et eksperiment er beskrevet i artiklen; desuden præsenterede Stefan Sienkowski Liesegangs originale eksperiment i udgaven af ​​Młodego Technika dateret 8/2006). Det er dog værd at være opmærksom på eksperimenter på flere punkter. Teoretisk set kan Liesegang-ringe dannes i enhver udfældningsreaktion (de fleste af dem er ikke beskrevet i litteraturen, så vi kan blive pionerer!), men ikke alle af dem fører til den ønskede effekt og næsten alle mulige kombinationer af reagenser i gelatine og vandig opløsning (foreslået af forfatteren, erfaringen vil være god).

mug på frugt

Husk at gelatine er et protein og nedbrydes af nogle reagenser (så dannes der ikke et gellag). Mere markante ringe bør opnås ved at bruge så små reagensglas som muligt (forseglede glasrør kan også bruges). Tålmodighed er dog nøglen, da nogle eksperimenter er meget tidskrævende (men det er ventetiden værd; velformede ringe er nemme? Smukt!).

Selvom fænomenet kreativitet Liesegang ringer kan forekomme os kun en kemisk nysgerrighed (de nævner det ikke i skolerne), det er meget udbredt i naturen. Er det i artiklen nævnte fænomen et eksempel på et meget bredere fænomen? kemiske svingningsreaktioner, hvor der sker periodiske ændringer i substratets koncentration. Liesegang ringer de er resultatet af disse udsving i rummet. Af interesse er også reaktioner, der viser fluktuationer i koncentrationer under processen, for eksempel periodiske ændringer i koncentrationerne af glykolysereagenser, der sandsynligvis ligger til grund for levende organismers biologiske ur.

Se erfaring:

Kemi på nettet

?Afgrund? Internettet indeholder mange websteder, der kan være af interesse for en kemiker. Et voksende problem er imidlertid overfloden af ​​offentliggjorte data, nogle gange også af tvivlsom kvalitet. Ingen? vil her citere de strålende forudsigelser fra Stanislav Lem, som for mere end 40 år siden i sin bog ?? proklameret, at udvidelsen af ​​informationsressourcer samtidig begrænser deres tilgængelighed.

Derfor er der i hjørnet af kemi et afsnit, hvor adresser og beskrivelser af de mest interessante "kemiske" steder vil blive offentliggjort. Relateret til dagens artikel? adresser, der fører til websteder, der beskriver Liesegang-ringe.

Det originale værk af F. F. Runge i digital form (selve PDF-filen er tilgængelig til download på den forkortede adresse: http://tinyurl.com/38of2mv):

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

Hjemmeside med adresse http://www.insilico.hu/liesegang/index.html er et rigtigt kompendium af viden om Liesegang ringe? opdagelsens historie, teorier om uddannelse og mange fotografier.

Og endelig noget særligt? film, der viser Ag-udfældningsringdannelse₂CrO₄, arbejdet af en polsk studerende, en jævnaldrende af MT-læsere. Selvfølgelig lagt på YouTube:

Det er også værd at bruge en søgemaskine (især en grafisk) ved at indtaste de relevante søgeord i den: "Liesegang ringe", "Liesegang bånd" eller blot "Liesegang ringe".

I en dichromat (eller chromat) opløsning etableres en ligevægt mellem anionerne

og afhængigt af omgivelsernes reaktion. Fordi sølv(VI)-chromat er mindre opløseligt end sølv(VI)-dichromat, udfældes det.

Det første forsøg på at forklare det observerede fænomen blev lavet af Wilhelm Friedrich Ostwald (1853-1932), vinder af Nobelprisen i kemi i 1909. Den tyske fysisk kemiker udtalte, at udfældning kræver overmætning af opløsningen for at danne krystallisationskerner. På den anden side er dannelsen af ​​ringe forbundet med fænomenet diffusion af ioner i et medium, der forhindrer deres bevægelse (gelatine). Den kemiske forbindelse fra vandlaget trænger dybt ind i gelatinelaget. Ionerne af det "fangede" reagens bruges til at danne et bundfald. i gelatine, hvilket fører til udtømning af områder umiddelbart ved siden af ​​sedimentet (ioner diffunderer i retning af faldende koncentration). På grund af umuligheden af ​​hurtig udligning af koncentrationer ved konvektion (blanding af opløsninger), kolliderer reagenset fra det vandige lag med et andet område med en tilstrækkelig høj koncentration af ioner indeholdt i gelatine, kun i en afstand fra det allerede dannede lag? fænomenet gentages med jævne mellemrum. Liesegang-ringe dannes således som et resultat af en udfældningsreaktion udført under betingelser med vanskelig blanding af reagenserne. Kan du forklare dannelsen af ​​den lagdelte struktur af nogle mineraler på lignende måde? Diffusion af ioner sker i et tæt medium af smeltet magma.

Den ringede levende verden er også resultatet af begrænsede ressourcer. Djævelens cirkel? sammensat af svampe (fra umindelige tider blev det betragtet som et spor af "onde ånder"), det opstår på en enkel måde. Mycelium vokser i alle retninger (under jorden er kun frugtlegemer synlige på overfladen). Efter et stykke tid bliver jorden steriliseret i midten? myceliet dør ud, forbliver kun i periferien og danner en ringformet struktur. Brugen af ​​fødevareressourcer i visse områder af miljøet kan også forklare ringstrukturen i bakterie- og skimmelkolonier.

Eksperimenter med Liesegang-ringe kan udføres derhjemme (et eksempel på et eksperiment er beskrevet i artiklen; desuden præsenterede Stefan Sienkowski det originale Liesegang-eksperiment i udgaven af ​​Młodego Technika dateret 8/2006). Det er dog værd at være opmærksom på eksperimenter på flere punkter. Teoretisk set kan Liesegang-ringe dannes i enhver udfældningsreaktion (de fleste af dem er ikke beskrevet i litteraturen, så vi kan blive pionerer!), men ikke alle af dem fører til den ønskede effekt og næsten alle mulige kombinationer af reagenser i gelatine og vandig opløsning (foreslået af forfatteren, erfaringen vil være god). Husk at gelatine er et protein og nedbrydes af nogle reagenser (så dannes der ikke et gellag). Mere markante ringe bør opnås ved at bruge så små reagensglas som muligt (forseglede glasrør kan også bruges). Tålmodighed er dog nøglen, da nogle eksperimenter er meget tidskrævende (men det er ventetiden værd; velformede ringe er nemme? Smukt!).

Selvom dannelsen af ​​Liesegang-ringen kan virke som en kemisk kuriosum (den nævnes ikke i skolerne), er den meget udbredt i naturen. Er det i artiklen nævnte fænomen et eksempel på et meget bredere fænomen? kemiske svingningsreaktioner, hvor der sker periodiske ændringer i substratets koncentration. Liesegang ringe er resultatet af disse udsving i rummet. Af interesse er også reaktioner, der viser fluktuationer i koncentrationer under processen, for eksempel periodiske ændringer i koncentrationerne af glykolysereagenser, der sandsynligvis ligger til grund for levende organismers biologiske ur.

zp8497586rq