Войти
Кольца Лизеганга - Образец осадка из хромата серебра в слое желатин 
Некоторые кольца Лизеганга Лизеганг кольца () - это явление, наблюдаемое во многих, если не в большинстве, химических системах, подвергающихся реакции осаждения при определенных условиях концентрации и при отсутствии конвекции. Кольца образуются, когда слабо растворимые соли образуются в результате реакции двух растворимых веществ, одно из которых растворяется в среде гель. Это явление чаще всего проявляется в виде колец в чашке Петри или полос в пробирке ; однако наблюдались более сложные модели, такие как дислокации кольцевой структуры в чашке Петри, спирали и «кольца Сатурна » в пробирке. Несмотря на непрерывные исследования с момента повторного открытия колец в 1896 году, механизм образования колец Лизеганга до сих пор неясен.
Это явление было впервые замечено в 1855 году немецким химиком Фридлибом Фердинандом Рунге. Он наблюдал их в ходе экспериментов по осаждению реагентов в промокательной бумаге. В 1896 году немецкий химик Рафаэль Э. Лизеганг заметил это явление, когда он капнул раствор нитрата серебра на тонкий слой геля, содержащего дихромат калия. Через несколько часов образовались острые концентрические кольца нерастворимого дихромата серебра. Он уже много лет вызывает любопытство химиков. При образовании в пробирке путем рассеивания одного компонента сверху образуются слои или полосы осадка, а не кольца.
Реакции чаще всего проводят в пробирках, в которых образуется гель, содержащий разбавленный раствор одного из реагентов.
Если горячий раствор геля агара, также содержащий разбавленный раствор дихромата калия, налить в пробирку, и после затвердевания геля более концентрированный раствор нитрата серебра наливается поверх геля, нитрат серебра начинает диффундировать в гель. Затем он встретится с дихроматом калия и образует непрерывную область осадка в верхней части пробирки.
Через несколько часов за непрерывной областью осаждения следует прозрачная область без заметного осадка, за которой следует короткая область осадка дальше по трубке. Этот процесс продолжается вниз по трубке, образуя несколько, возможно, до пары десятков, чередующихся областей прозрачного геля и колец осадка.
Воспроизвести медиа Эксперимент с группой Лизеганга. Красный материал представляет собой желатин с сульфатом магния (MgSO 4) и каплю красного пищевого красителя; прозрачный материал над ним - это концентрированный гидроксид аммония. Диффузия NH 4 OH в желатин вызывает прерывистое осаждение гидроксида Mg (Mg (OH) 2На протяжении десятилетий для изучения этого явления использовалось огромное количество реакций осаждения, и это кажется довольно общим. Хроматы, гидроксиды металлов, карбонаты и сульфиды, образованные солями свинца, меди, серебра, ртути и кобальта, иногда предпочитают исследователи, возможно, из-за образовавшихся красивых окрашенных осадков.
В качестве гелей обычно используются желатин, агар или гель кремниевой кислоты.
Диапазоны концентраций, в которых кольца образуются в данном геле для осаждающей системы, обычно можно найти для любой системы с помощью небольшого систематического эмпирического экспериментирования в течение нескольких часов. Часто концентрация компонента в геле агара должна быть существенно менее концентрированным (возможно, на порядок или больше), чем тот, который помещен поверх геля.
Первая особенность, которую обычно отмечают, заключается в том, что полоса s, которые образуются дальше от границы раздела жидкость-гель, как правило, дальше друг от друга. Некоторые исследователи измеряют это расстояние и сообщают, по крайней мере, в некоторых системах систематическую формулу для расстояния, на котором они образуются. Наиболее частое наблюдение заключается в том, что расстояние между кольцами, образующимися, пропорционально расстоянию от границы раздела жидкость-гель. Однако это ни в коем случае не универсально, и иногда они образуются на существенно случайных, невоспроизводимых расстояниях.
Еще одна особенность, которую часто отмечают, заключается в том, что сами полосы не перемещаются со временем, а скорее формируются на месте и остаются там.
Для очень многих систем образующийся осадок представляет собой не мелкий коагулянт или хлопья, наблюдаемые при смешивании двух растворов в отсутствие геля, а скорее грубые кристаллические дисперсии. Иногда кристаллы хорошо отделены друг от друга, и в каждой полосе образуется всего несколько кристаллов.
Осадок, образующий полосу, не всегда является бинарным нерастворимым соединением, но может быть даже чистым металлом. Жидкое стекло плотностью 1,06, подкисленное достаточным количеством уксусной кислоты, чтобы сделать его гелеобразным, с 0,05 N сульфатом меди в нем, покрытым 1-процентным раствором гидрохлорид гидроксиламина дает большие тетраэдры металлической меди в полосах.
Невозможно сделать каких-либо общих заявлений о влиянии состава геля. Система, которая хорошо формируется для одного набора компонентов, может полностью выйти из строя и потребовать другого набора условий, если гель переключить, скажем, с агара на желатин. Существенной особенностью необходимого геля является полное предотвращение тепловой конвекции в трубке.
Большинство систем образуют кольца в отсутствие гелеобразующей системы, если эксперимент проводится в капилляре, где конвекция не мешает их образованию. Фактически, система даже не должна быть жидкой. Трубка, закупоренная ватой с небольшим количеством гидроксида аммония на одном конце и раствором соляной кислоты на другом, покажет кольца отложенного хлорида аммония там, где встречаются два газа, если условия выбраны правильно. Образование кольца также наблюдалось в твердых стеклах, содержащих восстанавливаемые частицы. Например, полосы серебра были получены путем погружения силикатного стекла в расплавленный AgNO 3 на длительные периоды времени (Pask and Parmelee, 1943).
Кольца Лизеганга гидроксида магния в агаровом геле. Производится путем диффузии гидроксида аммония в агаровый гель, содержащий хлорид магния. Было предложено несколько различных теорий для объяснения образования колец Лизеганга. Химик Вильгельм Оствальд в 1897 году предложил теорию, основанную на идее о том, что осадок не образуется сразу после концентрации ионов, превышающей произведение растворимости, а сначала возникает область пересыщения.. Когда достигается предел стабильности пересыщения, образуется осадок, и перед фронтом диффузии образуется прозрачная область, поскольку осадок, который находится ниже предела растворимости, диффундирует в осадок. Утверждалось, что это критически ошибочная теория, когда было показано, что заделка геля коллоидной дисперсией осадка (которая, возможно, могла бы предотвратить любую значительную область перенасыщения) не предотвращала образование колец.
Другая теория фокусируется на адсорбции того или иного осаждающегося иона на коллоидных частицах образующегося осадка. Если частицы маленькие, поглощение велико, диффузия «затруднена», и это так или иначе приводит к образованию колец.
Еще одно предложение, «теория коагуляции » утверждает, что осадок сначала образуется в виде тонкой коллоидной дисперсии, которая затем подвергается коагуляции из-за избытка диффундирующего электролита, и это каким-то образом приводит к формирование колец.
Некоторые более поздние теории предполагают автокаталитическую стадию реакции, которая приводит к образованию осадка. Это, казалось бы, противоречит представлению о том, что автокаталитические реакции на самом деле довольно редки в природе.
Решение уравнения диффузии с надлежащими граничными условиями и набором хороших допущений относительно перенасыщения, адсорбции, автокатализа и коагуляции по отдельности или в некоторой комбинации не было все же сделано, по крайней мере, таким образом, чтобы сделать возможным количественное сравнение с экспериментом. Тем не менее, теоретический подход к закону Маталона-Пактера, предсказывающий положение полос преципитата, когда эксперименты проводятся в пробирке, был предложен
Недавно была предложена общая теория, основанная на теории Оствальда 1897 года [1]. Этим можно объяснить несколько важных особенностей, которые иногда можно увидеть, например обратную и спиральную полосатость.
 | Викискладе есть средства массовой информации, связанные с Кольца Лизеганга. |
