Liesegang-ringar (även Liesegang-lager , det allmänna namnet på Liesegang-strukturen ) är koncentriska ringar eller rytmiskt alternerande band som är resultatet av den periodiska avsättningen av några föreningar under diffusion i gelmedia . Uppkallad efter upptäckaren av fenomenet - den tyske kemisten och entreprenören R. Liesegang .
Koncentriska strukturer erhölls först 1896 av den tyske kemisten R. Liesegang. När han arbetade i det kemiska laboratoriet på en fotografisk fabrik som ägdes av sin far, upptäckte han att en droppe av en lösning av silvernitrat AgNO 3 på en fotografisk platta belagd med ett lager av gelatin , som innehåller K 2 Cr 2 O 7 kromtoppen , aggregat av små Ag 2 Cr 2 O 7 -kristaller bildas i form av koncentriska ringar som liknar tillväxtringar på ett trädsågsnitt. Liesegang blev fascinerad av detta fenomen och studerade det i nästan ett halvt sekel.
R. Liesegang själv, som var bekant med de första arbetena om studiet av svängningsreaktioner av F. Runge , lutade till en början åt en naturfilosofisk förklaring av den periodiska process han hade erhållit.
En möjlig fysikalisk mekanism som förklarar bildandet av Liesegang-strukturer föreslogs först av W. Ostwald , en av grundarna av fysikalisk kemi , 1897. Förklaringen som Ostwald gav baserades på konceptet om ett metastabilt tillstånd och fenomenet Ostwalds mognad , upptäckt av honom ett år tidigare. Ostwald föreslog att Liesegang bildade en övermättad lösning av silverdikromat, som var i ett metastabilt tillstånd. Ytterligare diffusion av reagenserna orsakade bildandet av en fällning och övergången av systemet till ett labilt tillstånd . Ytterligare interaktion mellan kaliumbikromat och silvernitrat förde tillbaka det till ett metastabilt tillstånd, etc.
1905 förkastade Liesegang Ostwalds modell och fick nya empiriska fakta. Men senare, efter att ha genomfört nya experiment, blev han dess nitiska anhängare.
Liesegang-strukturer erhålls vanligtvis genom diffusion av en av utgångssubstanserna genom en gel innehållande en annan substans som kan bilda en olöslig fällning med den första.
I decennier har ett stort antal nederbördsreaktioner använts för att studera fenomenet, vilket visar dess allmänna karaktär. Liesegang-strukturer erhölls för kromater, halogenider, metallhydroxider, karbonater och sulfider av bly, koppar, silver, kvicksilver, etc. [1]
Exempel på kemiska reaktioner som används för detta:
Vanligtvis används gelatin , agar-agar eller silikagel för att framställa mediet . Liesegang-strukturer kan också erhållas utan gelningsmedel, om experimentet utförs i en kapillär , där konvektion av mediet inte stör deras bildning. Ett liknande fenomen förekommer inte bara i geler, utan också i kompakterade inerta pulver ( kvarts , kiselgur , etc.) impregnerade med en lösning av motsvarande reagens.
De kan också erhållas i frånvaro av ett flytande medium. Till exempel bildas skiktade strukturer under vissa förhållanden i ett gasformigt medium under interaktionen av ammoniak och väteklorid . Bildandet av ringar är också möjligt i fasta ämnen: till exempel erhölls silverband genom att nedsänka silikatglas i smält AgNO3 under en lång tidsperiod.
Experiment utförs vanligtvis antingen i ett provrör eller i en petriskål . I det första fallet löses ett av reagensen först i gelén och placeras i ett provrör. Därefter hälls en lösning av ett annat reagens med högre koncentration ovanpå. Som ett resultat, i området för fasseparation, börjar bildningen av en fällning i form av band parallella med diffusionsfronten, åtskilda av utrymmen fria från sediment ( se illustration ).
I en petriskål bildas som regel koncentriska ringar av sediment om en koncentrerad lösning av ett av utgångsämnena införs i mitten av skålen, som redan innehåller gelen av ett annat ämne. Under dessa förhållanden rör sig den kemiska reaktionsvågen från centrum till periferin av koppen som ett resultat av diffusionen av det införda ämnet, vilket lämnar efter sig tydligt separerade sedimentringar. Bildandet av mer komplexa strukturer är också möjligt: såsom spiralstrukturer och " ringar av Saturnus " (i ett provrör) och förskjutningar av ringar (i en petriskål).
Lager och Liesegang-ringar tillhör periodiska kolloidala strukturer , som verkar ha varit det första exemplet på självorganiserade strukturer som studerats [3] . Enligt de viktigaste egenskaperna har Liesegang-ringar en betydande likhet med ringstrukturer som uppstår som ett resultat av autovågsprocesser , vilket leder till uppkomsten av självorganiserade strukturer med olika ordningsskalor (nano-, meso-, mikro- och makronivåer) [4] .
Skiktad färgning av mineraler ( agat , jaspis ) är förknippad med bildandet av Liesegang-lager [5] . Liesegang gjorde många viktiga observationer om agater, publicerade en bok om dem och en stor serie artiklar och utvecklade sin egen teori (1915). Enligt hans åsikt bildades agater inte från lösningar, utan från kiselgeler, som fyllde agatkamrarna och sedan "mognade" i dem - de delades upp i koncentriska lager och kristalliserades och förvandlades till kalcedon [6] .
Mycket liknande formationer förekommer i den skiktade strukturen hos finporösa bergarter under vittringsprocesser . Sådana, till exempel, är rytmiska ringar, ränder, hyperboler, färgade med bruna järnhydroxider , i kalkstenar , finkorniga sandstenar och andra stenar.
Stenar i organen hos djur och människor, vissa biologiska vävnader, såsom tvärstrimmiga muskler , har en tvärstrimmig struktur .
blå agat
Ringar av Liesegang på klipporna i Bretagne
Liesegang ringar i sandsten
Sandstenar i Utah (USA)
Fenomenet som upptäcktes av Liesegang har funnit praktisk tillämpning i studier av olika processer inom fysik och kemi, inom tillämpad konst, för att dekorera olika produkter med imitation av jaspis, malakit, agat, etc. Liesegang föreslog också en teknik för att göra konstgjorda pärlor .