Hantz reaktioner

Hantz-reaktioner är en klass av mönsterbildande utfällningsreaktioner i geler som implementerar ett reaktions-diffusionssystem . Utfällningsmönstren bildas som en reaktion av två elektrolyter : en högkoncentrerad "yttre" diffunderar till en hydrogel , medan den "inre" löses i själva gelén. Den kolloidala fällningen som bygger upp mönstren fångas av gelén och hålls på den plats där den bildas., liknande Liesegang- ringarna .

Den första representanten för denna klass av reaktioner var NaOH (yttre elektrolyt)+CuCl2 ₍ inre elektrolyt). Senare _har NaOH+ AgNO3- _{- reaktionerna i flera} , CuCl2 _, +K3 _[ Fe(CN) _{6 ]} NaOH+ AlCl3- _hydrogeler och NH3 ₊ AgNO3 också visat sig visa liknande beteende. Utfällningsmönster som bildas i dessa reaktioner är exceptionellt rika. Förutom de makroskopiska formerna som skiktade strukturer, spiraler och kardioider , kan regelbundna ark av kolloidal fällning också dyka upp med en periodicitet ännu mindre än 20 mikrometer (mikroskopiska mönster).

Makroskopiska mönster

Sekvens för bildandet av makroskopiska mönster. Två på varandra följande ögonblicksbilder visas. Mörkgrå representerar fällningen, ljusgrå hydrogelen med den inre elektrolyten, vit den semipermeabla "passiva", medan svart de färdande "aktiva" kanterna. Enkla pilar indikerar den växande (färdriktningen) för de aktiva utfällningsgränserna, medan dubbla pilar deras krympriktning.

Det arrangemang som bäst visar händelseförloppet som leder till bildandet av makroskopiska mönster är det där den yttre elektrolyten penetrerar i en tunn gelskiva placerad mellan två glasplattor. I detta fall har diffusionsfronten en kvasi-endimensionell form. Om det finns några föroreningar eller hinder i gelén kan nederbörden upphöra vid dessa punkter och den vandringsfront som följer efter diffusionsfronten kommer att delas. När den brutna nederbördsfronten avancerar blir dess aktiva segment kortare, vilket resulterar i triangelliknande områden fria från nederbörd bakom fronten. Anledningen till att fällningen tillfälligt eller permanent upphör i dessa områden är att fällningens sneda, passiva kanter fungerar som ett semipermeabelt membran och blockerar diffusionen av den yttre elektrolyten.

Mekanismen bakom regressionen av de aktiva frontsegmenten är inte helt klarlagd. Man tror att en diffusiv mellanprodukt bildas vid de aktiva segmenten med reducerad koncentration på sidorna, och en kritisk koncentration krävs för att utfällningen ska ske.

När den yttre elektrolyten hälls på toppen av en gelkolonn i ett glasrör tar diffusionsfronten ungefär formen av en skiva. I det här fallet kan utfällningsfronterna som är involverade i mönsterbildningen utföra mer komplicerade rörelser, vilket leder till mer komplexa mönster som beror på den yttre och inre elektrolytkoncentrationen. Dessa inkluderar bildandet av flerarmade helixar, sammanblandade kardioider, Voronoi-tesselationer , så kallade målmönster och andra, ännu mer komplexa former.

Mikroskopiska mönster

Under vissa förhållanden, till exempel när katjonen i den inre elektrolyten är Cu ²⁺ eller Ag ²⁺ , bildas regelbundna ark bestående av kolloidala korn. Detta fenomen är särskilt slående när reaktionerna går i poly(vinyl)alkoholgeler , och hastigheten på nederbördsfronten faller under cirka 0,3 μm/s. De finaste mikroskopiska mönstren har observerats i NaOH+AgNO ₃ -reaktionerna, där periodiciteten sjönk under 10 μm. Den kemiska mekanismen för denna mönsterbildning är inte helt klarlagd, men datorsimuleringar baserade på fasseparation som beskrivs av Cahn–Hilliard-ekvationen med en rörlig källfront uppvisar de viktigaste egenskaperna för uppbyggnaden av de mikroskopiska mönstren. Defekter kan också finnas i de vanliga mikroskopiska arken, som till och med kan interagera under frontutbredningen. Dessa mikroskopiska mönster har väckt intresse för olika områden av mikro- och nanoteknik också

Se även

externa länkar