Kemisk trädgård
En kemisk trädgård är en uppsättning komplexa strukturer med biologiskt utseende skapade genom att blanda oorganiska kemikalier. Kemisk trädgårdsskötsel är ett experiment inom kemi som vanligtvis utförs genom att tillsätta metallsalter , såsom kopparsulfat eller kobolt(II)klorid , till en vattenlösning av natriumsilikat (annan känd som vattenglas). Detta resulterar i tillväxt av växtliknande former på minuter till timmar.
Den kemiska trädgården observerades och beskrevs första gången av Johann Rudolf Glauber 1646. I sin ursprungliga form innebar den kemiska trädgården införandet av järnklorid (FeCl 2 ) kristaller i en lösning av kaliumsilikat (K 2 SiO 3 ).
Bearbeta
Den kemiska trädgården förlitar sig på att de flesta övergångsmetallsilikater är olösliga i vatten och färgade.
När ett metallsalt, såsom koboltklorid , tillsätts till en natriumsilikatlösning, kommer det att börja lösas upp. Det kommer sedan att bilda olösligt koboltsilikat genom en dubbelförskjutningsreaktion . Detta koboltsilikat är ett semipermeabelt membran . Eftersom jonstyrkan hos koboltlösningen inuti membranet är högre än natriumsilikatlösningens, som utgör huvuddelen av tankinnehållet, kommer osmotiska effekter att öka trycket inuti membranet. Detta gör att membranet går sönder och bildar ett hål. Koboltkatjonerna kommer att reagera med silikatanjonerna vid denna rivning för att bilda ett nytt fast ämne. På så sätt bildas utväxter i tankarna; de kommer att vara färgade (enligt metallkatjonen) och kan se ut som växtliknande strukturer. Kristallerna är högre än trycket närmare toppen av tanken, vilket tvingar kristallerna att växa uppåt.
Växtriktningen uppåt beror på att densiteten hos vätskan inuti det semipermeabla membranet hos "växten" är lägre än den för den omgivande vattenglaslösningen. Om man använder ett metallsalt som producerar en mycket tät vätska inuti membranet är tillväxten nedåtgående. trevärt förtydligande behövs ] kromsulfat eller klorid att kristallisera utan att långsamt förändras till den violetta formen [ , även om den kokas tills den koncentreras till en tjäraktig massa. Den tjäran, om den suspenderas i vattenglaslösningen, bildar nedåtgående kvistliknande utväxter. Detta beror på att all vätska inuti membranet är för tät för att flyta och därigenom utövar ett uppåtriktat tryck [ motsägelsefullt ] . Koncentrationen av natriumsilikat blir viktig för tillväxthastigheten.
Efter att tillväxten har upphört kan natriumsilikatlösningen avlägsnas genom kontinuerlig tillsats av vatten i mycket långsam takt. Detta förlänger trädgårdens livslängd.
I en specifik experimentell variant producerade forskare den kemiska trädgården inuti provrör.
Vanliga salter används
Vanliga salter som används i en kemisk trädgård inkluderar:
- Aluminiumkaliumsulfat : Vit
- Koppar(II)sulfat : Blå
- Krom(III)klorid : Grön
- Nickel(II)sulfat : Grön
- Järn(II)sulfat : Grön
- Järn(III)klorid : Orange
- Kobolt(II)klorid : Lila
- Kalciumklorid : Vit
- Zinksulfat : Vit
Praktiska användningsområden
Medan den kemiska trädgården till en början kan tyckas vara i första hand en leksak, har en del seriöst arbete gjorts i ämnet. Till exempel är denna kemi relaterad till härdningen av portlandcement , bildandet av hydrotermiska ventiler och under korrosion av stålytor på vilka olösliga rör kan bildas.
Naturen för tillväxten av de olösliga silikatrören som bildas i kemiska trädgårdar är också användbar för att förstå klasser av relaterat beteende som ses i vätskor separerade av membran. På olika sätt liknar tillväxten av silikatrör tillväxten av spikar eller isbitar som extruderas ovanför den frysande ytan av stilla vatten, tillväxtmönstren för tandköttet som torkar när det droppar från sår i träd som Eucalyptus, och hur det smälter vax bildar kvistliknande utväxter som antingen droppar från ett ljus eller flyter upp genom kallt vatten. [ citat behövs ]
Paleontologi
Om förutsättningarna är goda kan även kemiska trädgårdar förekomma i naturen. Det finns bevis från paleontologin att sådana kemiska trädgårdar kan fossiliseras . Sådana pseudofossiler kan vara mycket svåra att skilja från fossiliserade organismer. Faktum är att några av de tidigaste påstådda fossilerna av livet kan vara fossiliserade kemiska trädgårdar.
Att blanda järnrika partiklar med alkaliska vätskor som innehåller kemikalierna silikat eller karbonat har skapat strukturer med ett biologiskt utseende. Sådana strukturer kan tyckas vara biologiska och/eller fossiler . Enligt forskare, "Kemiska reaktioner som dessa har studerats i hundratals år men de hade inte tidigare visat sig efterlikna dessa små järnrika strukturer inuti stenar. Dessa resultat kräver en omprövning av många forntida verkliga exempel för att se om det är mer sannolikt att de är fossiler eller icke-biologiska mineralfyndigheter."
En användning av studien av kemisk trädgårdsskötsel är att bättre kunna skilja biologiska strukturer, inklusive fossiler , från icke-biologiska strukturer på planeten Mars .
Se även
externa länkar
- Chemical Garden at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
- Chemical Gardens (Kolloidal trädgård) på ( http://chemistry-chemists.com )
- Chemobrionics (COST Action som länkar samman europeiska forskargrupper för att stimulera innovativ och genomslagskraftig tvärvetenskaplig forskning om kemiska trädgårdar)
