Anillos Liesegang
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Para los anillos de Liesegang en geología, consulte Anillos de Liesegang (geología) .
Anillos de Liesegang: patrón de precipitado de cromato de plata en una capa de gelatina
Algunos anillos Liesegang

Anillos de Liesegang ( / l i z ə ɡ ɑ ŋ / ) son un fenómeno visto en muchos, si no la mayoría, los sistemas químicos sometidos a una reacción de precipitación en determinadas condiciones de concentración y en ausencia de convección . Los anillos se forman cuando se producen sales débilmente solubles a partir de la reacción de dos sustancias solubles, una de las cuales se disuelve en un medio de gel . [1] El fenómeno se ve más comúnmente como anillos en una placa de Petri o bandas en un tubo de ensayo.; sin embargo, se han observado patrones más complejos, como dislocaciones de la estructura del anillo en una placa de Petri, hélices y " anillos de Saturno " en un tubo de ensayo. [1] [2] A pesar de la investigación continua desde el redescubrimiento de los anillos en 1896, el mecanismo de formación de los anillos de Liesegang aún no está claro.

Historia

El fenómeno fue observado por primera vez en 1855 por el químico alemán Friedlieb Ferdinand Runge . Los observó en el curso de experimentos sobre la precipitación de reactivos en papel secante . [3] [4] En 1896, el químico alemán Raphael E. Liesegang notó el fenómeno cuando dejó caer una solución de nitrato de plata sobre una fina capa de gel que contenía dicromato de potasio . Después de unas horas, se formaron anillos concéntricos afilados de dicromato de plata insoluble. Ha despertado la curiosidad de los químicos durante muchos años. Cuando se forma en un tubo de ensayo mediante la difusión de un componente desde la parte superior, se forman capas o bandas de precipitado, en lugar de anillos.

Reacción de dicromato de potasio y nitrato de plata

Las reacciones generalmente se llevan a cabo en tubos de ensayo en los que se forma un gel que contiene una solución diluida de uno de los reactivos.

Si se vierte una solución caliente de gel de agar que también contiene una solución diluida de dicromato de potasio en un tubo de ensayo, y después de que el gel se solidifica, se vierte una solución más concentrada de nitrato de plata encima del gel, el nitrato de plata comenzará a difundirse en el gel. Luego se encontrará con el dicromato de potasio y formará una región continua de precipitado en la parte superior del tubo.

Después de algunas horas, la región continua de precipitación es seguida por una región clara sin precipitado sensible, seguida de una región corta de precipitado más abajo en el tubo. Este proceso continúa por el tubo formando varias, hasta quizás un par de docenas, regiones alternas de gel transparente y anillos de precipitado.

Algunas observaciones generales

Reproducir medios
Experimento de la banda de Liesegang. El material rojo es gelatina con sulfato de Mg (MgSO 4 ) y una gota de colorante rojo para alimentos; el material transparente encima es hidróxido de amonio concentrado. La difusión de NH 4 OH en la gelatina provoca una precipitación discontinua de hidróxido de Mg (Mg (OH) 2

A lo largo de las décadas se han utilizado un gran número de reacciones de precipitación para estudiar el fenómeno, y parece bastante generalizado. Los investigadores prefieren a veces los cromatos , hidróxidos metálicos , carbonatos y sulfuros , formados con sales de plomo, cobre, plata, mercurio y cobalto, tal vez debido a los bonitos precipitados coloreados que se forman. [5] [6]

Los geles utilizados suelen ser gelatina , agar o gel de ácido silícico .

Los intervalos de concentración sobre los que se forman los anillos en un gel dado para un sistema de precipitación se pueden encontrar normalmente para cualquier sistema mediante una pequeña experimentación empírica sistemática en unas pocas horas. A menudo, la concentración del componente en el gel de agar debe ser sustancialmente menos concentrada (quizás un orden de magnitud o más) que la que se coloca en la parte superior del gel.

La primera característica que generalmente se observa es que las bandas que se forman más lejos de la interfaz líquido-gel están generalmente más separadas. Algunos investigadores miden esta distancia e informan en algunos sistemas, al menos, una fórmula sistemática para la distancia en la que se forman. La observación más frecuente es que la distancia que forman los anillos es proporcional a la distancia desde la interfaz líquido-gel. Sin embargo, esto no es universal, ya veces se forman a distancias esencialmente aleatorias e irreproducibles.

Otra característica que se observa a menudo es que las bandas en sí mismas no se mueven con el tiempo, sino que se forman en su lugar y permanecen allí.

Para muchos sistemas, el precipitado que se forma no es el coagulante fino o los flóculos que se observan al mezclar las dos soluciones en ausencia del gel, sino dispersiones cristalinas gruesas. A veces, los cristales están bien separados entre sí y solo se forman unos pocos en cada banda.

El precipitado que forma una banda no siempre es un compuesto binario insoluble, pero puede ser incluso un metal puro. Un vaso de agua de densidad 1.06 acidulado por suficiente ácido acético para hacerlo gel, con sulfato de cobre 0.05 N en él, cubierto por una solución al 1 por ciento de clorhidrato de hidroxilamina produce grandes tetraedros de cobre metálico en las bandas.

No es posible hacer una declaración general sobre el efecto de la composición del gel. Un sistema que se forma bien para un conjunto de componentes, podría fallar por completo y requerir un conjunto diferente de condiciones si el gel se cambia, digamos, de agar a gelatina. La característica esencial del gel requerido es que se evite por completo la convección térmica en el tubo.

La mayoría de los sistemas formarán anillos en ausencia del sistema de gelificación si el experimento se realiza en un capilar, donde la convección no perturba su formación. De hecho, el sistema ni siquiera tiene que ser líquido. Un tubo tapado con algodón con un poco de hidróxido de amonio en un extremo y una solución de ácido clorhídrico en el otro mostrará anillos de cloruro de amonio depositado donde los dos gases se encuentran, si las condiciones se eligen correctamente. También se ha observado la formación de anillos en vidrios sólidos que contienen una especie reducible. Por ejemplo, se han generado bandas de plata sumergiendo vidrio de silicato en AgNO 3 fundido durante períodos prolongados (Pask y Parmelee, 1943).

Teorías

Anillos de Liesegang de hidróxido de magnesio en gel de agar. Elaborado mediante la difusión de hidróxido de amonio en un gel de agar que contiene cloruro de magnesio.

Se han propuesto varias teorías diferentes para explicar la formación de anillos de Liesegang. El químico Wilhelm Ostwald en 1897 propuso una teoría basada en la idea de que un precipitado no se forma inmediatamente tras la concentración de los iones que exceden un producto de solubilidad, sino una región de sobresaturación.ocurre primero. Cuando se alcanza el límite de estabilidad de la sobresaturación, se forma el precipitado y se forma una región clara delante del frente de difusión porque el precipitado que está por debajo del límite de solubilidad se difunde en el precipitado. Se argumentó que esto era una teoría críticamente defectuosa cuando se demostró que la siembra del gel con una dispersión coloidal del precipitado (que posiblemente evitaría cualquier región significativa de sobresaturación) no evitó la formación de los anillos. [7]

Otra teoría se centra en la adsorción de uno u otro de los iones precipitantes sobre las partículas coloidales del precipitado que se forma. Si las partículas son pequeñas, la absorción es grande, la difusión se "obstaculiza" y esto de alguna manera da como resultado la formación de los anillos.

Otra propuesta más, la " teoría de la coagulación " establece que el precipitado se forma primero como una fina dispersión coloidal, que luego sufre coagulación por un exceso del electrolito en difusión y esto de alguna manera da como resultado la formación de los anillos.

Algunas teorías más recientes invocan un paso autocatalítico en la reacción que da como resultado la formación del precipitado. Esto parecería contradecir la noción de que las reacciones autocatalíticas son, en realidad, bastante raras por naturaleza.

La solución de la ecuación de difusión con condiciones de contorno adecuadas y un conjunto de buenos supuestos sobre sobresaturación, adsorción, autocatálisis y coagulación solas o en alguna combinación, no se ha hecho todavía, al parecer, al menos de una manera que hace posible una comparación cuantitativa con el experimento. Sin embargo, se ha proporcionado un enfoque teórico para la ley de Matalon-Packter que predice la posición de las bandas de precipitado cuando los experimentos se realizan en un tubo de ensayo [8].

Recientemente se ha propuesto una teoría general basada en la teoría de Ostwald de 1897 [1] . Puede dar cuenta de varias características importantes que a veces se ven, como reversión y bandas helicoidales.

Referencias

  1. ↑ a b Polezhaez, AA; Muller, Carolina del Sur (1994). "Complejidad de los patrones de precipitación: comparación de la simulación con el experimento". Caos: una revista interdisciplinaria de ciencia no lineal . 4 (4): 631–636. Código bibliográfico : 1994Chaos ... 4..631P . doi : 10.1063 / 1.166040 . PMID  12780140 .
  2. ^ LLOYD, FRANCIS E .; MORAVEK, VLADIMIR (1930). "Más estudios en precipitación periódica". J. Phys. Chem . 35 (6): 1512. doi : 10.1021 / j150324a002 .
  3. ^ Henisch, Heinz K. (1988). Cristales en geles y anillos de Liesegang . Prensa de la Universidad de Cambridge. pag. 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 en Sortiments-Buchhandlung de Mittler, en Berlín, Stechbahn No. 3 . Consultado el 31 de mayo de 2015 .
  5. ^ Schibeci, Renato A .; Carlsen, Connie (abril de 1988). "Un interesante proyecto de química estudiantil: investigando los anillos de Liesegang". Revista de educación química . 65 (4): 365. Código Bibliográfico : 1988JChEd..65..365S . doi : 10.1021 / ed065p365 .
  6. ^ Swami, SN; Kant, K. (marzo de 1966). "Anillos Liesegang de cromato de cobre en gel de gelatina". Ciencia de coloides y polímeros . 209 (1): 56–57. doi : 10.1007 / BF01500047 . S2CID 97549973 . 
  7. ^ Dronskowski, Richard; Kikkawa, Shinichi; Stein, Andreas (agosto de 2017). Manual de Química del Estado Sólido Volumen 1: Materiales y Estructura de los Sólidos . Alemania: Wiley-VCH. pag. 555. ISBN 9783527325870.
  8. ^ Antal, T. (1998). "Derivación de la ley de Matalon-Packter para patrones de Liesegang" (PDF) . Revista de Física Química . 109 (21): 9479–9486. arXiv : cond-mat / 9807251 . Código Bibliográfico : 1998JChPh.109.9479A . doi : 10.1063 / 1.477609 . S2CID 6099299 .  
  • Liesegang, RE, "Ueber einige Eigenschaften von Gallerten" , Naturwissenschaftliche Wochenschrift, vol. 11, Nr. 30, 353 - 362 (1896).
  • JA Pask y CW Parmelee, "Estudio de la difusión en vidrio", Revista de la Sociedad Americana de Cerámica, vol. 26, Nr. 8, 267-277 (1943).
  • KH Stern, El fenómeno de Liesegang Chem. Rev. 54, 79-99 (1954).
  • Ernest S. Hedges, Liesegang Rings y otras estructuras periódicas Chapman y Hall (1932).

enlaces externos

  • Anillos Liesegang
  • Tout ce que la nature ne peut pas faire VI: Liesegang Rings
  • Una tesis con un resumen sobre los procesos de reacción-difusión y bandas de Liesegang (págs. 1-36)
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