Химический сад

Химический сад во время роста

Химический сад представляет собой набор сложных биологических структур, созданных путем смешивания неорганических химических веществ. Этот эксперимент в химии обычно выполняется путем добавления солей металлов , таких как сульфат меди или хлорид кобальта (II) , к водному раствору силиката натрия (иначе известный как водныйглас). Это приводит к росту растений, подобных формам, за считанные минуты. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Химический сад впервые наблюдал и описан Иоганном Рудольфом Глаубером в 1646 году. ^{[ 5 ]} В своем первоначальном виде химический сад включал введение кристаллов хлорида железа (FECL ₂ ) в раствор силиката калия (K ₂ SIO ₃ ).

Процесс

Химический сад опирается на то, что большинство силикатов переходных металлов нерастворимы в воде и окрашены.

Когда металлическая соль, такая как хлорид кобальта , добавляется в раствор силиката натрия, она начнет растворяться. Затем он будет образовывать нерастворимый силикат кобальта с помощью реакции двойного смещения . Этот кобальтовый силикат представляет собой полупроницаемую мембрану . Поскольку ионная прочность раствора кобальта внутри мембраны выше, чем раствор силиката натрия, который образует основную часть содержания резервуара, осмотические эффекты увеличат давление в мембране. Это приведет к разрыву мембраны, образуя отверстие. Кобальтовые катионы будут реагировать с силикатными анионами на этой слезе, образуя новое твердое вещество. Таким образом, росты будут формироваться в резервуарах; Они будут окрашены (в соответствии с металлическим катионом) и могут выглядеть как растения, подобные конструкциям.

Обычное направление роста вверх зависит от плотности жидкости внутри полупроницаемой мембраны «растения» ниже, чем у окружающего раствора для водныхглас. Если использует металлическую соль, которая производит очень плотную жидкость внутри мембраны, рост вниз. Например, зеленый раствор тревалентного хрома сульфата или хлорида отказывается кристаллизоваться без медленно не изменяясь в фиолетовую форму ^{[ нужно разъяснения ]}, даже если он вареный, пока он не сконцентрируется в лопкой массе. Эта смола, если она подвешена в растворе для водных хлопьев, образует нисходящие пороки, похожие на веточку. Это связано с тем, что вся жидкость внутри мембраны слишком плотная, чтобы плавать, и тем самым оказывается нисходящая сила. Концентрация силиката натрия становится важной в скорости роста.

После того, как рост прекратился, раствор силиката натрия может быть удален путем непрерывного добавления воды с очень медленной скоростью. Это продлевает жизнь сада. ^{[ 6 ]}

В одном конкретном экспериментальном вариации исследователи продемонстрировали химический сад с одним ростом «трубки». ^{[ 7 ]}

Общие соли используются

Общие соли, используемые в химическом саду, включают: ^{[ 8 ]}

Практическое использование

В то время как сначала химический сад может казаться в первую очередь игрушкой, по этому вопросу была проделана серьезная работа. ^{[ 3 ]} Например, эта химия связана с настройкой портлендского цемента , формированием гидротермальных вентиляционных отверстий и во время коррозии стальных поверхностей, на которых могут быть образованы нерастворимые трубки.

Природа роста нерастворимых силикатных труб, образованных в химических садах, также полезна для понимания классов родственного поведения, наблюдаемых в жидкостях, разделенных мембранами. Различными способами рост силикатных труб напоминает рост шипов или каплей льда, экструдированных над замерзающей поверхностью неподвижной воды, ^{[ 9 ]} Схемы роста сушки десен, когда она капает от ран в деревьях, таких как эвкалипт , и способ расплавленного воска образуется, похожие на ветки, либо капающие со свечи, либо плывущие через прохладную воду. ^{[ Цитация необходима ]}

Палеонтология

Если условия хорошие, химические сады также могут возникнуть в природе. Существуют свидетельства о палеонтологии , что такие химические сады могут охранять . Такие псевдофоссили могут быть очень трудно отличить от окаменелых организмов. Действительно, некоторые из самых ранних предполагаемых окаменелостей жизни могут быть окаменелыми химическими садами. ^{[ 10 ]}

Смешивание богатых железом частиц с щелочными жидкостями, содержащими химические силикаты или карбонат, создали биологические структуры. Такие структуры могут показаться биологическими и/или окаменелостями . ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}^{[ 13 ]} По словам исследователей, «химические реакции, подобные этим Посмотрите, с большей вероятностью будут окаменелостью или небиологическими месторождениями минералов ». ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

Одним из использования изучения химического садоводства состоит в том, чтобы быть лучше различать биологические структуры, включая окаменелости , от небиологических структур на планете Марс . ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Баржа, Лора М.; и др. (26 августа 2015 г.). «От химических садов до химиобрионики» . Химические обзоры . 115 (16): 8652–8703. doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00014 . HDL : 20.500.11824/172 . ISSN 0009-2665 . PMID 26176351 .
^ Balköse, D.; Özkan, f.; Köktürk, U.; Ulutan, S.; Ülkü, s.; Nişli, G. (2002). «Характеристика полых химических садовых волокон из металлических солей и водяного стекла» (PDF) . Журнал Sol-Gel Science and Technology . 23 (3): 253. doi : 10.1023/a: 1013931116107 . HDL : 11147/4652 . S2CID 54973427 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Картрайт, J ; Гарсия-Руиз, Хуан Мануэль; Новелла, Мария Луиза; Оталора, Фермуин (2002). «Образование химических садов». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 256 (2): 351. Bibcode : 2002jcis..256..351c . Citeseerx 10.1.1.7.7604 . Doi : 10,1006/jcis.2002.8620 .
^ Thuvenel-Romans, S; Steinbock, O (апрель 2003 г.). «Колерочный рост трубок кремнезема в химических садах» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 125 (14): 4338–41. doi : 10.1021/ja0298343 . ISSN 0002-7863 . PMID 12670257 . Архивировано из оригинала (PDF) 11 августа 2017 года . Получено 23 мая 2009 г.
^ Глаубер, Иоганн Рудольф (1646). «Как сделать деревья с цветами за несколько часов в этом CSF всех металлов». [Как можно выращивать - в этом решении, от всех металлов, через несколько часов - Трех с цветом]. Furni Novi Philosophici (немецкая языка 1661 г. изд.). Амстердам: Йохан Янссон. С.
^ Хельменстайн, Энн Мари (16 марта 2019 г.). "Волшебные камни" . Мыслить.com . Архивировано из оригинала 16 мая 2020 года . Получено 16 мая 2020 года .
^ Glaab, F.; Kellermeier, M.; Кунц, W.; Morallon, E.; García-Ruiz, JM (2012). «Образование и эволюция химических градиентов и потенциальные различия в самооборных неорганических мембранах». Angewandte Chemie International Edition . 51 (18): 4317–4321. doi : 10.1002/anie.201107754 . PMID 22431259 .
^ Pimentel C, Zheng M, Cartwright JH, Sainz-Díaz CI (15 февраля 2023 г.). «База данных химиобриона: категоризация химических садов в соответствии с характером аниона, катиона и экспериментальной процедуры» . Chemsystemschem . John Wiley & Sons, Ltd: E202300002. doi : 10.1002/syst.202300002 . HDL : 10481/81351 . S2CID 256932493 . Получено 16 марта 2023 года .
^ Картер, Джеймс Р. «Ледяные формирования с ежедневными (суточными) циклами замораживания/оттаивания» . Университет штата Иллинойс. Архивировано с оригинала 26 ноября 2017 года . Получено 14 ноября 2020 года .
^ МакМахон, Шон (2020). «Самые ранние и глубокие предполагаемые окаменелости земли могут быть железные химические сады» . Труды Королевского общества B: Биологические науки . 286 (1916). doi : 10.1098/rspb.2019.2410 . PMC 6939263 . PMID 31771469 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в Эдинбургский университет (27 ноября 2019 г.). «Решение ископаемого тайны может помочь в поисках древней жизни на Марсе» . Эврикалерт! Полем Получено 27 ноября 2019 года .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в МакМахон, Шон (27 ноября 2019 г.). «Самые ранние и глубокие предполагаемые окаменелости земли могут быть железные химические сады» . Труды Королевского общества б . 286 (1916). doi : 10.1098/rspb.2019.2410 . PMC 6939263 . PMID 31771469 .
^ Стейнбок, Оливер; и др. (1 марта 2019 г.). «Плодородная физика химических садов» . Физика сегодня . 69 (3): 44. doi : 10.1063/pt.3.3108 .

Внешние ссылки

Химический сад за периодическим столом видео (Университет Ноттингема)
Химические сады (коллоидный сад) по адресу ( http://chemistry-chemists.com )
Химиобрионика (Действия, связывающие европейские исследовательские группы, чтобы стимулировать инновационные и высокоэффективные междисциплинарные научные исследования химических садов)
База данных химиобрионики

[1] Баржа, Лора М.; и др. (26 августа 2015 г.). «От химических садов до химиобрионики» . Химические обзоры . 115 (16): 8652–8703. doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00014 . HDL : 20.500.11824/172 . ISSN 0009-2665 . PMID 26176351 .

[2] Balköse, D.; Özkan, f.; Köktürk, U.; Ulutan, S.; Ülkü, s.; Nişli, G. (2002). «Характеристика полых химических садовых волокон из металлических солей и водяного стекла» (PDF) . Журнал Sol-Gel Science and Technology . 23 (3): 253. doi : 10.1023/a: 1013931116107 . HDL : 11147/4652 . S2CID 54973427 .

[Cartwright-3] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Картрайт, J ; Гарсия-Руиз, Хуан Мануэль; Новелла, Мария Луиза; Оталора, Фермуин (2002). «Образование химических садов». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 256 (2): 351. Bibcode : 2002jcis..256..351c . Citeseerx 10.1.1.7.7604 . Doi : 10,1006/jcis.2002.8620 .

[4] Thuvenel-Romans, S; Steinbock, O (апрель 2003 г.). «Колерочный рост трубок кремнезема в химических садах» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 125 (14): 4338–41. doi : 10.1021/ja0298343 . ISSN 0002-7863 . PMID 12670257 . Архивировано из оригинала (PDF) 11 августа 2017 года . Получено 23 мая 2009 г.

[5] Глаубер, Иоганн Рудольф (1646). «Как сделать деревья с цветами за несколько часов в этом CSF всех металлов». [Как можно выращивать - в этом решении, от всех металлов, через несколько часов - Трех с цветом]. Furni Novi Philosophici (немецкая языка 1661 г. изд.). Амстердам: Йохан Янссон. С.

[6] Хельменстайн, Энн Мари (16 марта 2019 г.). "Волшебные камни" . Мыслить.com . Архивировано из оригинала 16 мая 2020 года . Получено 16 мая 2020 года .

[7] Glaab, F.; Kellermeier, M.; Кунц, W.; Morallon, E.; García-Ruiz, JM (2012). «Образование и эволюция химических градиентов и потенциальные различия в самооборных неорганических мембранах». Angewandte Chemie International Edition . 51 (18): 4317–4321. doi : 10.1002/anie.201107754 . PMID 22431259 .

[8] Pimentel C, Zheng M, Cartwright JH, Sainz-Díaz CI (15 февраля 2023 г.). «База данных химиобриона: категоризация химических садов в соответствии с характером аниона, катиона и экспериментальной процедуры» . Chemsystemschem . John Wiley & Sons, Ltd: E202300002. doi : 10.1002/syst.202300002 . HDL : 10481/81351 . S2CID 256932493 . Получено 16 марта 2023 года .

[9] Картер, Джеймс Р. «Ледяные формирования с ежедневными (суточными) циклами замораживания/оттаивания» . Университет штата Иллинойс. Архивировано с оригинала 26 ноября 2017 года . Получено 14 ноября 2020 года .

[10] МакМахон, Шон (2020). «Самые ранние и глубокие предполагаемые окаменелости земли могут быть железные химические сады» . Труды Королевского общества B: Биологические науки . 286 (1916). doi : 10.1098/rspb.2019.2410 . PMC 6939263 . PMID 31771469 .

[EA-20191127-11] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в Эдинбургский университет (27 ноября 2019 г.). «Решение ископаемого тайны может помочь в поисках древней жизни на Марсе» . Эврикалерт! Полем Получено 27 ноября 2019 года .

[TRS-20191127-12] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в МакМахон, Шон (27 ноября 2019 г.). «Самые ранние и глубокие предполагаемые окаменелости земли могут быть железные химические сады» . Труды Королевского общества б . 286 (1916). doi : 10.1098/rspb.2019.2410 . PMC 6939263 . PMID 31771469 .

[PT-20160301-13] Стейнбок, Оливер; и др. (1 марта 2019 г.). «Плодородная физика химических садов» . Физика сегодня . 69 (3): 44. doi : 10.1063/pt.3.3108 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]