Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Демонстрация кристаллизации металлических солей
Demonstration of metallic salts crystallization
Химический сад – это набор сложных структур, напоминающих биологические организмы, создаваемых путем смешивания неорганических химических веществ. Этот химический эксперимент обычно проводится путем добавления солей металлов, таких как сульфат меди или хлорид кобальта(II), в водный раствор силиката натрия (также известного как водяное стекло). В результате этого за минуты или часы происходит рост форм, похожих на растения. Химический сад был впервые обнаружен и описан Иоганном Рудольфом Глаубером в 1646 году. В первоначальном варианте химический сад заключался во введении кристаллов хлорида железа(II) (FeCl2) в раствор силиката калия (K2SiO3).
A chemical garden is a set of complex biological looking structures created by mixing inorganic chemicals. This experiment in chemistry is usually performed by adding metal salts, such as copper sulfate or cobalt(II) chloride, to an aqueous solution of sodium silicate (otherwise known as waterglass). This results in the growth of plant like forms in minutes to hours. The chemical garden was first observed and described by Johann Rudolf Glauber in 1646. In its original form, the chemical garden involved the introduction of ferrous chloride (FeCl2) crystals into a solution of potassium silicate (K2SiO3).
Процесс
Химический сад основан на том, что большинство силикатов переходных металлов нерастворимы в воде и окрашены. Когда металлическая соль, такая как хлорид кобальта, добавляется в раствор силиката натрия, она начинает растворяться. Затем, в результате реакции двойного замещения, образуется нерастворимый силикат кобальта. Этот силикат кобальта является полупроницаемой мембраной. Поскольку ионная сила кобальтового раствора внутри мембраны выше, чем у раствора силиката натрия, составляющего основную массу содержимого ёмкости, осмотическое давление увеличивает давление внутри мембраны. Это приводит к разрыву мембраны и образованию отверстия. Катионы кобальта реагируют с силикат-анионами в месте разрыва, формируя новое твердое вещество. Таким образом, в ёмкостях формируются образования, окрашенные в соответствии с металлическим катионом, которые могут напоминать растительные структуры. Направление роста вверх обычно обусловлено тем, что плотность жидкости внутри полупроницаемой мембраны "растения" ниже плотности окружающего раствора водяного стекла. Если использовать металлическую соль, образующую внутри мембраны очень плотную жидкость, рост происходит вниз. Например, зеленый раствор трехвалентного сульфата или хлорида хрома не кристаллизуется, медленно переходя в фиолетовую форму, даже при кипячении до концентрированной смолистой массы. Эта смола, взвешенная в растворе водяного стекла, образует вниз направленные ветвистые наросты. Это происходит потому, что вся жидкость внутри мембраны слишком плотная, чтобы плавать, и поэтому оказывает направленную вниз силу. Концентрация силиката натрия влияет на скорость роста. После прекращения роста раствор силиката натрия можно удалить, непрерывно добавляя воду с очень медленной скоростью. Это продлевает жизнь сада. В одном конкретном экспериментальном варианте исследователи создали химический сад с единственной растущей "трубкой".
The chemical garden relies on most transition metal silicates being insoluble in water and colored. When a metal salt, such as cobalt chloride, is added to a sodium silicate solution, it will start to dissolve. It will then form insoluble cobalt silicate by a double displacement reaction. This cobalt silicate is a semipermeable membrane. Because the ionic strength of the cobalt solution inside the membrane is higher than the sodium silicate solution's, which forms the bulk of the tank contents, osmotic effects will increase the pressure within the membrane. This will cause the membrane to tear, forming a hole. The cobalt cations will react with the silicate anions at this tear to form a new solid. In this way, growths will form in the tanks; they will be colored (according to the metal cation) and may look like plant like structures. The usual upward direction of growth depends on the density of the fluid inside the semi permeable membrane of the "plant" being lower than that of the surrounding waterglass solution. If one uses a metal salt that produces a very dense fluid inside the membrane, the growth is downward. For example, a green solution of trivalent chromium sulfate or chloride refuses to crystallize without slowly changing into the violet form, even if boiled until it concentrates into a tarry mass. That tar, if suspended in the waterglass solution, forms downward twig like growths. This is because all the fluid inside the membrane is too dense to float and thereby exerts a downward force. The concentration of sodium silicate becomes important in growth rate. After the growth has ceased, the sodium silicate solution can be removed by a continuous addition of water at a very slow rate. This prolongs the life of the garden. In one specific experimental variation, researchers produced the chemical garden with a single growth "tube".
Практическое применение
Хотя на первый взгляд химический сад может показаться просто игрушкой, эта тема была предметом серьезных исследований. Изучались закономерности роста затвердевающего сока, вытекающего из ран на деревьях, таких как эвкалипт, а также то, как расплавленный воск формирует ветвистые наросты, стекая с горящей свечи или поднимаясь в холодной воде.
While at first the chemical garden may appear to be primarily a toy, some serious work has been done on the subject. the patterns of growth of gum drying as it drips from wounds in trees such as Eucalyptus, and the way molten wax forms twig like growths, either dripping from a candle, or floating up through cool water.
Палеонтология
При благоприятных условиях химические сады могут возникать и в природе. Есть палеонтологические свидетельства того, что такие химические сады могут окаменевать. Такие псевдоокаменелости бывает очень трудно отличить от окаменелых организмов. Фактически, некоторые из самых ранних предполагаемых ископаемых свидетельств жизни могут быть окаменелыми химическими садами. Смешивание частиц, богатых железом, со щелочными жидкостями, содержащими силикаты или карбонаты, приводит к образованию структур, похожих на биологические. Эти структуры могут казаться биологическими и/или окаменелостями. По мнению исследователей, "химические реакции подобного рода изучались на протяжении сотен лет, но ранее не было показано, что они могут имитировать эти крошечные железосодержащие структуры внутри горных пород. Эти результаты призывают к пересмотру многих древних примеров из реального мира, чтобы определить, с большей вероятностью они являются окаменелостями или небиологическими минеральными отложениями."
If the conditions are good, chemical gardens can also occur in nature. There is evidence from paleontology, that such chemical gardens may fossilize. Such pseudofossils can be very difficult to distinguish from fossilized organisms. Indeed, some of the earliest purported fossils of life might be fossilized chemical gardens. Mixing iron rich particles with alkaline liquids containing the chemicals silicate or carbonate have created biological looking structures. Such structures may appear to be biological and/or fossils. According to researchers, "Chemical reactions like these have been studied for hundreds of years but they had not previously been shown to mimic these tiny iron rich structures inside rocks. These results call for a re examination of many ancient real world examples to see if they are more likely to be fossils or non biological mineral deposits."