리제강 고리

Liesegang rings
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리제강 고리 - 젤라틴 층에 은빛-크롬산 침전 패턴
일부 리제강 반지

리제강 고리(/ˈliːzəɑɑ//)는 대부분 아니더라도 많은 화학 시스템에서 볼 수 있는 현상이다. 특정 농도 조건과 대류가 없을 때 강수 반응을 일으킨다.링은 두 가지 수용성 물질의 반응으로 약하게 용해성 염분이 생성될 때 형성되며, 그 중 하나는 젤 매질에 용해된다.[1]이 현상은 페트리 접시나 시험관 안의 띠에 있는 고리로 가장 흔히 볼 수 있지만, 페트리 접시의 고리 구조 이탈, 나선형, 시험관에서의 "토성 고리"와 같은 보다 복잡한 패턴이 관찰되었다.[1][2]1896년 고리 재발견 이후 지속적인 조사에도 불구하고 리제강 고리 형성을 위한 메커니즘은 여전히 불분명하다.

역사

이 현상은 1855년 독일의 화학자 프리드리브 페르디난트 룬지에 의해 처음 알려졌다.그는 시약 침수에 대한 실험 과정에서 그것들을 블로우팅 용지에 담아 관찰했다.[3][4]1896년 독일의 화학자 라파엘 E. 리제강은 질산 은 용액을 디크롬산칼륨이 함유된 얇은 층의 젤 위에 떨어뜨렸을 때 이 현상을 주목했다.몇 시간이 지나자 용해되지 않는 은색 중크롬산염의 날카로운 동심원고리가 형성되었다.그것은 수년 동안 화학자들의 호기심을 불러일으켰다.테스트 튜브에서 링이 아닌 침전 형태의 상단, 층 또는 띠를 분산시켜 형성되는 경우.

질산 은화칼륨 디크롬산 반응

반응은 대개 반응제 중 하나의 희석액을 포함하는 젤이 형성되는 시험관에서 이루어진다.

중크롬산칼륨의 묽은 용액을 함유한 아가르겔의 뜨거운 용액을 시험관에 붓고, 젤이 굳어진 후에는 질산칼륨의 보다 농축된 용액을 젤 위에 부으면 질산은이 젤로 확산되기 시작한다.그런 다음 중크롬산칼륨과 마주치게 되고 관의 꼭대기에서 연속적인 침전 영역을 형성하게 된다.

몇 시간 후, 연속 강수량은 지각 침전물이 없는 맑은 지역이 뒤따르고, 관 아래로 더 아래로 침전된 짧은 지역이 뒤따른다.이 과정은 튜브 아래로 계속 이어져 몇 십 개, 아마도 수십 개의 투명한 젤과 침전된 고리를 번갈아 형성한다.

일부 일반 관측치

리제강 밴드 실험.적색 물질은 황산염(MgSO4)을 함유한 젤라틴과 적색 식용 색소 한 방울이며, 그 위에 투명한 물질은 수산화 암모늄이 농축되어 있다.젤라틴에 NHOH가4 확산되면 Mg 수산화물의 불연속강수(Mg(OH))2가 발생한다.

수십 년 동안 엄청난 수의 강수 반응들이 이 현상을 연구하기 위해 사용되어 왔고, 이것은 꽤 일반적인 것으로 보인다.납, 구리, 은, 수은, 코발트 염으로 형성된 크롬산염, 금속 수산화물, 탄산염, 황화물이 때때로 조사관들에 의해 선호되고 있는데, 아마도 이 예쁘고 색깔이 있는 침전물 때문일 것이다.[5][6]

사용되는 젤은 보통 젤라틴, 아가르 또는 규산 젤이다.

침전 시스템을 위해 주어진 젤 안에서 고리가 형성되는 농도 범위는 보통 몇 시간 안에 약간의 체계적인 경험 실험에 의해 어떤 시스템에서도 발견될 수 있다.종종 아가르 겔에 있는 성분의 농도는 젤 위에 놓인 것보다 실질적으로 덜 농축되어야 한다(아마도 크기 순서 이상).

일반적으로 주목되는 첫 번째 특징은 액체-겔 인터페이스에서 더 멀리 형성되는 밴드가 일반적으로 더 멀리 떨어져 있다는 것이다.일부 조사자들은 이 거리를 측정하고 최소한 그들이 형성하는 거리에 대한 체계적인 공식으로 일부 시스템에서 보고한다.가장 빈번한 관찰은 링이 형성되는 거리가 액상-겔 인터페이스와의 거리에 비례한다는 것이다.그러나 이것은 결코 보편적인 것이 아니며, 때때로 그것들은 본질적으로 무작위적이고 재현 불가능한 거리에서 형성된다.

또 다른 특징으로는 밴드 자체가 시간에 따라 움직이는 것이 아니라 제자리에 자리를 잡고 머무른다는 점이 자주 눈에 띈다.

매우 많은 시스템에서 형성되는 침전물은 겔이 없을 때 두 용액을 혼합할 때 보이는 미세 응고제나 부피가 아니라 다소 거칠고 결정적인 분산이다.때때로 결정체들은 서로 잘 분리되어 있고, 각 띠에서 단지 몇 가지 형태일 뿐이다.

띠를 이루는 침전물은 항상 이항 불용성 화합물이 아니라 순금속일 수도 있다.밀도 1.06의 물 유리는 그것을 젤로 만들기에 충분한 아세트산으로 산성을 만들었고, 0.05 N의 구리 황산염을 수산화아민 염산염의 1% 용액으로 덮으면 띠에서 금속성의 큰 사면체가 생성된다.

겔 구성의 효과에 대한 일반적인 설명은 할 수 없다.한 가지 구성 요소 세트에 적합하게 형성되는 시스템은 완전히 고장날 수 있으며, 예를 들어 젤을 아가르에서 젤라틴으로 바꾸면 다른 조건 세트가 필요하다.필요한 젤의 필수적 특징은 관내의 열 대류를 완전히 방지하는 것이다.

대류가 그들의 형성을 방해하지 않는 모세관에서 실험을 수행한다면 대부분의 시스템은 겔링 시스템이 없을 때 고리를 형성할 것이다.사실, 이 시스템은 액체일 필요도 없다.한 쪽 끝에는 수산화 암모늄이 조금 들어 있는 면으로 플러그를 꽂은 관과 다른 쪽 끝에는 염산이 들어 있는 용액이 두 기체가 만나는 곳에 축적된 염화암모늄의 고리를 보여 줄 것이다.환원 가능한 종을 함유한 고형 안경에서도 고리 형성이 관찰됐다.예를 들어, 은색 띠는 규산염 유리를 녹인 AGNO에3 장기간 담가 생성되었다(Pask and Parmelee, 1943).

이론들

아가르 젤에 수산화 마그네슘의 리제강 고리.수산화 암모늄을 염화 마그네슘이 함유된 아가르겔로 확산시켜 만든다.

리제강 고리의 형성을 설명하기 위해 몇 가지 다른 이론이 제안되었다.화학자 빌헬름 오스왈드는 1897년 용해성 제품을 초과하는 이온의 농도에 의해 바로 침전물이 형성되는 것이 아니라 초지화 지역이 먼저 발생한다는 생각에 근거한 이론을 제시했다.초지연의 안정성의 한계에 도달하면 용해성 한계치 이하인 침전물이 침전물로 확산되기 때문에 확산전선에 앞서 침전물이 형성되고 투명한 지역이 형성된다.이는 침전물의 콜로이드 분산을 통해 겔을 파종하는 것이 (거의 초극성의 어떤 중요한 영역을 막을 수 있을 것이라고 주장할 수 있음) 고리의 형성을 막지 못했다는 것이 증명되었을 때 심각한 결함이 있는 이론이라고 주장되었다.[7]

또 다른 이론은 침전물의 콜로이드 입자에 침전된 이온 중 하나 또는 다른 하나를 흡착하는 것에 초점을 맞춘다.입자가 작으면 흡수가 크고, 확산이 "힌더링"되어 고리가 형성된다.

그러나 또 다른 제안인 "응고 이론"은 침전물이 처음에는 미세한 콜로이드 분산으로 형성되고, 그 다음에는 확산 전해질의 과잉에 의해 응고를 겪게 되며, 이것은 어떻게든 고리의 형성을 초래한다고 말한다.

더 최근의 몇몇 이론들은 침전물의 형성을 초래하는 반응에서 자동 촉매적 단계를 유발한다.이것은 자동차 촉매 반응이 실제로 자연에서 매우 드물다는 개념과 모순되는 것처럼 보일 것이다.

적절한 경계 조건을 가진 확산방정식의 해법, 그리고 초고속화, 흡착, 자동투석, 응고에 관한 일련의 좋은 가정, 또는 어떤 조합에서, 적어도 실험과의 정량적 비교를 가능하게 하는 방법으로는 아직 나타나지 않았다.그러나, 실험 튜브에서 실험을 수행할 때 침전 밴드의 위치를 예측하는 마탈론-팩터 법칙에 대한 이론적 접근법이 제공되었다.

오스왈드의 1897년 이론에 근거한 일반 이론이 최근 제안되었다[1].그것은 되돌림과 나선형 밴딩과 같이 때때로 보이는 몇 가지 중요한 특징들을 설명할 수 있다.

참조

  1. ^ a b Polezhaez, A.A.; Muller, S.C. (1994). "Complexity of precipitation patterns: Comparison of simulation with experiment". Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science. 4 (4): 631–636. Bibcode:1994Chaos...4..631P. doi:10.1063/1.166040. PMID 12780140.
  2. ^ LLOYD, FRANCIS E.; MORAVEK, VLADIMIR (1930). "Further Studies in Periodic Precipitation". J. Phys. Chem. 35 (6): 1512. doi:10.1021/j150324a002.
  3. ^ Henisch, Heinz K. (1988). Crystals in Gels and Liesegang Rings. Cambridge University Press. p. 2. doi:10.1017/CBO9780511525223. ISBN 9780511525223.
  4. ^ Friedlieb Ferdinand, Runge (1855). Der Bildungstrieb der Stoffe : veranschaulicht in selbstständig gewachsenen Bildern (Fortsetzung der Musterbilder). Oranienburg : Selvstverlag : Zu haben in Mittler's Sortiments-Buchhandlung, in Berlin, Stechbahn No. 3. Retrieved 31 May 2015.
  5. ^ Schibeci, Renato A.; Carlsen, Connie (April 1988). "An Interesting Student Chemistry Project: Investigating Liesegang Rings". Journal of Chemical Education. 65 (4): 365. Bibcode:1988JChEd..65..365S. doi:10.1021/ed065p365.
  6. ^ Swami, S.N.; Kant, K. (March 1966). "Liesegang Rings of Copper Chromate in Gelatin Gel". Colloid and Polymer Science. 209 (1): 56–57. doi:10.1007/BF01500047. S2CID 97549973.
  7. ^ Dronskowski, Richard; Kikkawa, Shinichi; Stein, Andreas (August 2017). Handbook of Solid State Chemistry Volume 1: Materials and Structure of Solids. Germany: Wiley-VCH. p. 555. ISBN 9783527325870.
  8. ^ Antal, T. (1998). "Derivation of the Matalon-Packter law for Liesegang patterns" (PDF). Journal of Chemical Physics. 109 (21): 9479–9486. arXiv:cond-mat/9807251. Bibcode:1998JChPh.109.9479A. doi:10.1063/1.477609. S2CID 6099299.
  • 리제강, R. E. "Ueber Einige Eigenschaften von Gallerten", Naturwissenschaftliche Wochenschrift, Vol. 11, Nr. 30, 353-362 (1896)
  • J.A. Pask와 C.W. Parmlee, "유리 속의 확산의 연구", 미국 세라믹 소사이어티 저널 26권, Nr. 8, 267-277 (1943)
  • K. H. 스턴, 리제강 현상 화학.개정판 54, 79-99 (1954년).
  • 어니스트 S.헤지스, 리제강 반지 및 기타 주기적 구조 채프먼 및 홀(1932년)

외부 링크