خواتم Liesegang

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
حلقات ليزيغانغ - نمط ترسب كرومات الفضة في طبقة من الجيلاتين
بعض خواتم ليزيجانج

حلقات ليزيغانغ ( تُلفظ / ˈliːzəɡɑːŋ / ) ظاهرة تُلاحظ في العديد من الأنظمة الكيميائية، إن لم يكن معظمها، التي تخضع لتفاعل ترسيب في ظل ظروف تركيز معينة وفي غياب الحمل الحراري . تتشكل هذه الحلقات عندما تنتج أملاح ضعيفة الذوبان من تفاعل مادتين قابلتين للذوبان، إحداهما مذابة في وسط هلامي . [ 1 ] تُشاهد هذه الظاهرة عادةً على شكل حلقات في طبق بتري أو أشرطة في أنبوب اختبار ؛ ومع ذلك، فقد لوحظت أنماط أكثر تعقيدًا، مثل انخلاعات بنية الحلقة في طبق بتري، وحلزونات ، و" حلقات زحل " في أنبوب اختبار. [ 1 ] [ 2 ] على الرغم من البحث المستمر منذ إعادة اكتشاف هذه الحلقات عام 1896، لا تزال آلية تكوين حلقات ليزيغانغ غير واضحة.

تاريخ

لاحظ الكيميائي الألماني فريدليب فرديناند رونج هذه الظاهرة لأول مرة عام 1855 ، وذلك خلال تجاربه على ترسيب الكواشف في ورق الترشيح . [ 3 ] [ 4 ] وفي عام 1896، لاحظ الكيميائي الألماني رافائيل إي. ليسيغانغ هذه الظاهرة عندما أسقط محلول نترات الفضة على طبقة رقيقة من هلام يحتوي على ثنائي كرومات البوتاسيوم . بعد بضع ساعات، تشكلت حلقات متحدة المركز حادة من ثنائي كرومات الفضة غير القابل للذوبان. وقد أثارت هذه الظاهرة فضول الكيميائيين لسنوات عديدة. عند تكوينها في أنبوب اختبار عن طريق نشر أحد المكونات من الأعلى، تتشكل طبقات أو نطاقات من الراسب، بدلاً من الحلقات.

تفاعل نترات الفضة مع ثنائي كرومات البوتاسيوم

تُجرى التفاعلات في أغلب الأحيان في أنابيب اختبار يتم فيها تكوين مادة هلامية تحتوي على محلول مخفف لأحد المواد المتفاعلة.

إذا صُب محلول ساخن من هلام الأغار يحتوي أيضًا على محلول مخفف من ثنائي كرومات البوتاسيوم في أنبوب اختبار، وبعد أن يتصلب الهلام، صُب فوقه محلول أكثر تركيزًا من نترات الفضة ، فإن نترات الفضة ستبدأ بالانتشار داخل الهلام. ثم ستتفاعل مع ثنائي كرومات البوتاسيوم، مُشكّلةً منطقة متصلة من الراسب في أعلى الأنبوب.

بعد بضع ساعات، تلي منطقة الترسيب المستمرة منطقة صافية خالية من أي ترسبات ملحوظة، ثم منطقة ترسيب قصيرة في أسفل الأنبوب. وتستمر هذه العملية في الأنبوب مكونةً عدة مناطق، قد يصل عددها إلى عشرات، تتناوب فيها حلقات من الهلام الصافي والرواسب.

بعض الملاحظات العامة

تجربة شريط ليزيغانغ. المادة الحمراء هي جيلاتين مع كبريتات المغنيسيوم (MgSO₄ ) وقطرة من ملون طعام أحمر؛ والمادة الشفافة فوقها هي هيدروكسيد الأمونيوم المركز. يؤدي انتشار هيدروكسيد الأمونيوم في الجيلاتين إلى ترسيب غير متصل لهيدروكسيد المغنيسيوم (Mg(OH) ₂ ).

على مرّ العقود، استُخدم عدد هائل من تفاعلات الترسيب لدراسة هذه الظاهرة، ويبدو أنها عامة إلى حد كبير. ويُفضّل الباحثون أحيانًا الكرومات ، وهيدروكسيدات المعادن ، والكربونات ، والكبريتيدات ، المتكوّنة من أملاح الرصاص والنحاس والفضة والزئبق والكوبالت، ربما بسبب الرواسب الملونة الجميلة المتكوّنة. [ 5 ] [ 6 ]

المواد الهلامية المستخدمة عادة ما تكون من الجيلاتين أو الأجار أو هلام حمض السيليسيك .

يمكن عادةً تحديد نطاقات التركيز التي تتشكل عندها الحلقات في هلام معين لنظام الترسيب، وذلك من خلال إجراء تجارب عملية منهجية بسيطة تستغرق بضع ساعات. في كثير من الأحيان، يجب أن يكون تركيز المكون في هلام الأغار أقل بكثير (ربما بمقدار عشرة أضعاف أو أكثر) من تركيزه في الهلام الموضوع فوقه.

تُلاحظ عادةً سمةٌ أولى، وهي أن الحلقات التي تتشكل على مسافة أبعد من سطح التماس بين السائل والهلام تكون متباعدةً عمومًا. يقيس بعض الباحثين هذه المسافة، ويُقدمون، في بعض الأنظمة على الأقل، صيغةً منهجيةً لحساب المسافة التي تتشكل عندها هذه الحلقات. والملاحظة الأكثر شيوعًا هي أن المسافة بين الحلقات المتشكلة تتناسب طرديًا مع المسافة من سطح التماس بين السائل والهلام. إلا أن هذه ليست قاعدةً عامة، إذ تتشكل أحيانًا على مسافات عشوائية وغير قابلة للتكرار.

ومن السمات الأخرى التي غالباً ما يتم ملاحظتها أن الأشرطة نفسها لا تتحرك مع مرور الوقت، بل تتشكل في مكانها وتبقى هناك.

في العديد من الأنظمة، لا يكون الراسب المتكون عبارة عن مادة متخثرة دقيقة أو ندفات تُرى عند مزج المحلولين في غياب الهلام، بل يكون عبارة عن تشتتات بلورية خشنة. أحيانًا تكون البلورات منفصلة تمامًا عن بعضها البعض، ولا يتشكل سوى عدد قليل منها في كل نطاق.

إن الراسب الذي يشكل نطاقًا ليس دائمًا مركبًا ثنائيًا غير قابل للذوبان، بل قد يكون معدنًا نقيًا. زجاج مائي بكثافة 1.06، تم جعله حمضيًا بكمية كافية من حمض الخليك لتكوين هلام، مع إضافة 0.05 مولار من كبريتات النحاس ، ثم تغطيته بمحلول 1% من هيدروكلوريد الهيدروكسيل أمين، ينتج عنه رباعيات أوجه كبيرة من النحاس المعدني في النطاقات.

لا يمكن تقديم أي بيان عام حول تأثير تركيبة الجل. فنظامٌ يتشكل بشكل جيد لمجموعة معينة من المكونات، قد يفشل تمامًا ويتطلب مجموعة مختلفة من الظروف إذا تم تغيير الجل، مثلاً، من الأجار إلى الجيلاتين. والشرط الأساسي للجل المطلوب هو منع الحمل الحراري داخل الأنبوب تمامًا.

تُشكّل معظم الأنظمة حلقاتٍ في غياب نظام التجلط إذا أُجريت التجربة في أنبوب شعري، حيث لا يُعيق الحمل الحراري تكوينها. في الواقع، لا يشترط أن يكون النظام سائلاً. أنبوبٌ مسدودٌ بقطن، يحتوي أحد طرفيه على كمية قليلة من هيدروكسيد الأمونيوم، والطرف الآخر على محلول حمض الهيدروكلوريك، سيُظهر حلقاتٍ من كلوريد الأمونيوم المترسب عند التقاء الغازين، إذا ما تم اختيار الظروف المناسبة. كما لوحظ تكوّن الحلقات في الزجاج الصلب الذي يحتوي على نوعٍ قابلٍ للاختزال. على سبيل المثال، تم توليد طبقاتٍ من الفضة عن طريق غمر زجاج السيليكات في نترات الفضة المنصهرة (AgNO₃) لفتراتٍ طويلة (باسك وبارملي، 1943).

النظريات

حلقات ليزيجانج من هيدروكسيد المغنيسيوم في هلام الأغار مصنوعة عن طريق نشر هيدروكسيد الأمونيوم في هلام الأغار الذي يحتوي على كلوريد المغنيسيوم.

طُرحت عدة نظريات مختلفة لتفسير تكوين حلقات ليزيغانغ. في عام 1897، اقترح الكيميائي فيلهلم أوستوالد نظريةً تقوم على فكرة أن الراسب لا يتشكل فورًا عند تجاوز تركيز الأيونات حدّ الذوبان، بل تحدث منطقة تشبع فائق أولًا. وعند بلوغ حدّ استقرار التشبع الفائق، يتشكل الراسب، وتتكون منطقة واضحة أمام جبهة الانتشار لأن الراسب الذي يقل تركيزه عن حدّ الذوبان ينتشر داخل الراسب. وقد نُوقشت هذه النظرية على أنها معيبة بشكل جوهري عندما تبيّن أن إضافة مُعلق غرواني من الراسب إلى الهلام (والذي من شأنه أن يمنع، على الأرجح، أي منطقة تشبع فائق كبيرة) لم يمنع تكوين الحلقات. [ 7 ]

تركز نظرية أخرى على امتزاز أحد الأيونات المترسبة على جزيئات الغرواني للراسب المتكون. فإذا كانت الجزيئات صغيرة، يكون الامتزاز كبيرًا، ويتعطل الانتشار، مما يؤدي بطريقة ما إلى تكوين الحلقات.

وهناك اقتراح آخر، وهو " نظرية التخثر "، ينص على أن الراسب يتشكل أولاً على شكل تشتت غرواني دقيق، والذي يخضع بعد ذلك للتخثر بواسطة فائض من الإلكتروليت المنتشر، وهذا يؤدي بطريقة ما إلى تكوين الحلقات.

تُشير بعض النظريات الحديثة إلى وجود خطوة تحفيز ذاتي في التفاعل تؤدي إلى تكوين الراسب. ويبدو هذا مناقضاً لفكرة أن التفاعلات التحفيزية الذاتية نادرة جداً في الطبيعة.

لم يتم بعد، على ما يبدو، إيجاد حل لمعادلة الانتشار مع شروط حدودية مناسبة، ومجموعة من الافتراضات الجيدة حول التشبع الفائق، والامتزاز، والتحفيز الذاتي، والتخثر، سواء منفردة أو مجتمعة، على الأقل بطريقة تُمكّن من إجراء مقارنة كمية مع النتائج التجريبية. ومع ذلك، فقد تم تقديم منهج نظري لقانون ماتالون-باكتر للتنبؤ بموقع نطاقات الترسيب عند إجراء التجارب في أنبوب اختبار [ 8 ] .

تم مؤخراً اقتراح نظرية عامة تستند إلى نظرية أوستوالد لعام 1897. [ 9 ] ويمكنها تفسير العديد من السمات المهمة التي تُلاحظ أحياناً، مثل الانعكاس والتشكيل الحلزوني.

مراجع

  1. 1 2 بوليزهايز، أ.أ.؛ مولر، س.س. (1994). "تعقيد أنماط الهطول: مقارنة بين المحاكاة والتجربة". الفوضى: مجلة متعددة التخصصات للعلوم غير الخطية . 4 (4): 631-636 . Bibcode : 1994Chaos...4..631P . doi : 10.1063/1.166040 . PMID 12780140 . 
  2. ↑ لويد، فرانسيس إي.؛ مورافيك، فلاديمير (1930). "دراسات إضافية في الهطول الدوري". مجلة الكيمياء الفيزيائية 35 (6): 1512. doi : 10.1021/j150324a002 .
  3. ↑ هينش، هاينز ك. (1988). البلورات في المواد الهلامية وحلقات ليزيغانغ . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 2. doi : 10.1017/CBO9780511525223 . ISBN  9780511525223.
  4. ^ فريدليب فرديناند، رونج (1855). Der Bildungstrieb der Stoffe : veranschaulicht in selbstständig gewachsenen Bildern (Fortsetzung der Musterbilder) . أورانينبورغ : Selvstverlag : Zu haben in Mittler's Sortiments-Buchhandlung، في برلين، Stechbahn رقم 3 . تم الاسترجاع 31 مايو 2015 .   
  5. ↑ شيبتشي، ريناتو أ.؛ كارلسن، كوني (أبريل 1988). "مشروع كيميائي طلابي شيق: دراسة حلقات ليزيغانغ". مجلة التعليم الكيميائي . 65 (4): 365. Bibcode : 1988JChEd..65..365S . doi : 10.1021/ed065p365 .
  6. ↑ سوامي، إس إن؛ كانت، ك. (مارس 1966). "حلقات ليزيغانغ لكرومات النحاس في هلام الجيلاتين". علم الغرويات والبوليمرات . 209 (1): 56-57 . doi : 10.1007/BF01500047 . S2CID 97549973 . 
  7. ↑ درونسكوفسكي، ريتشارد؛ كيكاوا، شينيتشي؛ شتاين، أندرياس (أغسطس 2017). دليل كيمياء الحالة الصلبة، المجلد 1: المواد وبنية المواد الصلبة . ألمانيا: وايلي-في سي إتش. ص 555. ISBN  9783527325870.
  8. ^ أنتال، ت. (1998). "اشتقاق قانون Matalon-Packter لأنماط Liesegang" (PDF) . مجلة الفيزياء الكيميائية . 109 (21): 9479– 9486. أرخايف : cond-mat/9807251 . بيب كود : 1998JChPh.109.9479A . دوى : 10.1063/1.477609 . S2CID 6099299 . 
  9. ↑ "ظاهرة ليزيغانغ - نموذج IDNB لحلقات ليزيغانغ" . www.insilico.hu . تاريخ الاسترجاع: 24 يناير 2023 .
  • Liesegang, RE, "Ueber einige Eigenschaften von Gallerten" , Naturwissenschaftliche Wochenschrift, Vol. 11، رقم. 30، 353-362 (1896).
  • JA Pask و CW Parmelee، "دراسة الانتشار في الزجاج"، مجلة الجمعية الأمريكية للخزف، المجلد 26، العدد 8، 267-277 (1943).
  • KH Stern, The Liesegang Phenomenon Chem. Rev. 54, 79-99 (1954).
  • إرنست إس. هيدجز، حلقات ليزيجانج وغيرها من الهياكل الدورية تشابمان وهول (1932).