Поделиться
КОЛЬЦА ЛИЗЕГАНГА 1.docx
Научная конференция молодых исследователей
«Шаг в будущее»
«Кольца Лизеганга и их практическое применение при изучении различных процессов в физике и химии, в прикладном искусстве»
Секция: химия и химические технологии
ученик 8 «Д» класса
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
средняя школа № 9
Научный руководитель
учитель химии
СУРГУТ
- 2020
Кольца Лизеганга и их практическое применение при изучении различных процессов в физике и химии, в прикладном искусстве
Аннотация
Коллоидная химия - раздел химической науки, изучающий микрогетерогенные дисперсные системы и явления, происходящие на границах раздела фаз, то есть на межфазных поверхностях.
Немецкий химик Лизеганг Р. в 1896 г. впервые получил повторяющиеся структуры, состоящие из окружностей. Проводя эксперименты с веществами, используемые в фотохимии, учёный обнаружил, что если поместить каплю ляписа в желатин, содержащий изополихроматы, то продукт реакции располагается на стеклянной пластине или в чашке Петри, в пробирке концентрическими окружностями. Лизеганг увлекся своим открытием, посвятив изучению этого явления почти полвека.
Оглавление
Введение_____________________________________________________4
Основная часть________________________________________________5 - 11
· Теоретические подходы к объяснению колец Лизеганга _______6-7
· Кольца Лизеганга и технология изготовления синтетического жемчуга_________________________________________________8
· Практическая часть______________________________________ _9-10
Заключение ___________________________________________________11
Список литературы _____________________________________________12
Приложение___________________________________________________13-15
 |
||
 |
||
ВВЕДЕНИЕ
Немецкий химик Лизеганг Р. в 1896 г. впервые получил повторяющиеся структуры, состоящие из окружностей. Проводя эксперименты с веществами, используемые в фотохимии, учёный обнаружил, что если поместить каплю ляписа в желатин, содержащий изополихроматы, то продукт реакции располагается на стеклянной пластине или в чашке Петри, в пробирке концентрическими окружностями. Лизеганг увлекся своим открытием, посвятив изучению этого явления почти полвека. Открытие не осталось на бумаге, а нашло практическое применение в изучении процессов в химии и физике, прикладном искусстве.
Кольца Лизеганга использовали для изготовления украшений с имитацией яшмы, агата, малахита и др. Кроме имитации камней Лизеганг предложил технологию изготовления искусственного жемчуга.
Проблема
Природный жемчуг очень красивый натуральный минерал. Жемчуг пользовался во все времена большим успехом. Его добыча требует больших усилий.
Натуральный минерал созревает в устрицах, как в пресных водоемах, так и в морских глубинах. Именно с морскими глубинами возникают определенные трудности.
Жемчужина появляется в раковине не с самого рождения устрицы, а по мере взросления, при попадании инородного тела, например, крошечной песчинки, под раковину моллюска.
Для защиты внутренности своего тела, устрица начинает обволакивать песчинку перламутром, смягчая острые края. Проходят годы, моллюск десятилетиями полирует инородное тело, нанося слой за слоем. Так образуется бусинка жемчуга. В раковину моллюска могут попасть любые инородные тела, которые будут обволакиваться концентрическими слоями перламутра, тем самым изолируя их и давая начало будущей жемчужине.
Изучая процесс образования жемчужины, временной интервал, необходимый для её полного формирования, сложность добычи раковин моллюсков, а также сложности искусственного разведения моллюсков с целью получения жемчуга, я заинтересовался проблемой искусственного создания жемчуга, и решил на практике изучить методы искусственного получения концентрических слоёв.
Цель работы: получение имитаций концентрических слоёв.
Задачи:
1. Изучить информационные источники по исследуемой тематике
2. Определить методы исследования
3. Экспериментальным путем получить концентрические окружности.
4. Обобщить результаты исследования и сделать выводы
Методы исследования:
} Эксперимент
} Сравнение
} Причинно – следственный анализ
Объект исследования – коллоидные растворы
Предмет исследования – кольца Лизеганга
Гипотеза: кольца Лизеганга обычно получают при диффузии одного из исходных веществ через гель, содержащий другое вещество, способное образовывать с первым нерастворимый осадок.
Человек находит и использует то, что уже давно придумала природа.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОБЪЯСНЕНИЮ
КОЛЕЦ ЛИЗЕГАНГА
Химия коллоидных растворов
К объяснению теоретических аспектов химических процессов, происходящих в коллоидных системах, используют различные направления наук. Это термодинамика, геометрия, кроме этого для изучения применяют методы компьютерного моделирования. Коллоидная химия - раздел химической науки, изучающий микрогетерогенные дисперсные системы и явления, происходящие на границах раздела фаз, то есть на межфазных поверхностях.
Объектами изучения коллоидной становятся дисперсные системы, в котором одна из фаз находится в измельчённом, дисперсном состоянии. Дисперсные системы могут содержать объекты, имеющие малый масштаб - частицы, тонкие пленки, мембраны, волокна, капилляры. Эти частицы могут иметь размеры в диапазоне от 1 нанометра до долей миллиметра.
Цель коллоидной химии – раскрыть свойства и особенности систем, связанных с дисперсным состоянием вещества. Изучение поверхностных явлений, смачиваемости, капиллярности – это всё изучает коллоидная химия. Результатом любого изучение является управление свойствами, например, управление свойствами поверхностно-активных веществ.
Коллоидная химия традиционно включает рассмотрение таких разделов как теоретические основы образования и устойчивости дисперсных систем, электроповерхностные явления, мицеллообразование, молекулярно-кинетические, оптические, структурно-механические свойства дисперсных систем.
Примеры коллоидных структур
Коагуляционные осадки частиц, располагающиеся параллельными горизонтальными слоями, имеющие толщину около 100нм – это структуры Лизеганга.
Физический механизм образования структур Лизеганга, был впервые предложен В. Оствальдом в 1897 году, одному из основателей физической химии. Предположение Оствальда, которое он дал, базировалось на понятии о метастабильном состоянии и явлении оствальдовского созревания, открытом им годом ранее. Учёный предположил, что у Лизеганга образовывался пересыщенный раствор бихромата серебра, находящийся в метастабильном состоянии. При дальнейшей диффузии реагентов происходило образование осадка. Процесс продолжался, и взаимодействие бихромата калия с нитратом серебра приводило снова в метастабильное состояние и т. д.
Лизеганг в 1905 году отверг модель Оствальда, получив новые опытные факты. Но впоследствии, проведя эксперименты с разными веществами, он стал её ревностным сторонником.
Природные объекты и кольца Лизеганга
С образованием колец Лизеганга связывают окраску минералов, например агата, яшмы. В серии научных статей, Лизеганг описал немало важных наблюдений над агатами.
В 1915 году Лизеганг опубликовал книгу, в которой, по его мнению, агаты образовались не из растворов, а из гелей кремнезема, которые заполнили агатовые камеры, разделялись на концентрические слои и кристаллизовались, превращаясь в халцедон.
Очень похожие образования возникают в слоистой структуре тонкопористых пород при процессах выветривания, например, кольца, полосы, гиперболы, окрашенные гидроксидами железа, в известняках и других породах.
Некоторые биологические ткани человека и животных имеют полосато-слоистую структуру, например поперечнополосатые мышцы, перламутровый слой жемчужин.
КОЛЬЦА ЛИЗЕГАНГА И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО ЖЕМЧУГА
Технология создания синтетического жемчуга разработана в 15-16 веках. Она включала в себя покрытие бусин перламутровым лаком. Эта технология сохранилась до сих пор. Этим продуктом пользуется ювелирный дом Chanel. Для работы используют раковину моллюска, из которой вырезают ядро-заготовку. Натуральный перламутр измельчают до состояния порошка и смешивают со специальным раствором. В результате получается крупная жемчужина размером от 10 мм, которая блестит и переливается. На ощупь она гладкая, в отличие от натуральной бусины, которая имеет пористую структуру.
Синтетический жемчуг (рис.1) — продукт, производимый человеческими руками. Синтетически изготовленный жемчуг многие десятилетия пользуется спросом. В чём же причина спроса? Ответ очень прост – украшения подобного типа получаются разнообразными, красивыми, при этом стоимость изделий – демократична.
В мире есть две разновидности искусственных жемчужин, которые пользуются наибольшим спросом: Shell pearl и Majorica.
Другая технология – жемчужины Majorica, их производят в Италии. Процесс изготовления жемчужины Majorica прост: на шарик из алебастра наносят несколько слоев перламутра.
Технология изготовления искусственного жемчуга оттачивалась на испанской земле, на территории острова Майорка. Одним из родоначальников производства синтетических жемчужин стал эмигрант из Германии Эдуард Хьюго Хош.
Основные преимущества искусственного жемчуга: крупный размер, низкая стоимость, богатая палитра оттенков.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью моего исследования является получение имитаций концентрических слоёв Лизеганга. Изучив теоретический материал, я провёл эксперименты, для этого использовал следующее оборудование и реактивы:
1. Нагреватель для колб.
2. Чашки Петри.
3. Стеклянные палочки.
4. Электронные весы.
5. Пробирки.
6. Штатив для пробирок.
7. Предметное стекло.
8. Пипетки.
8. Желатин.
9. Растворы К2Сr2O7.
10. Раствор AgNO3.
11. Лимонная кислота.
Для изучения процесса образования колец Лизеганга я приготовил 100мл 10% раствора желатина. Взвесил на весах необходимое количество сухого порошка желатина, добавил воду. Смесь воды и желатина в круглодонной колбе поставил в нагреватель для колб. Установил температуру нагревателя 60 0 С, раствор постоянно помешивал до полного растворения желатина (рис.2, 3).
В неостывший раствор желатина добавил 50 мл свежеприготовленного 1%-ного раствора дихромата калия К2Сr2O7.
Разделил смесь на 3 части, в каждую из которых добавил разное количество (1мл, 2мл, 3мл) 1% -ного раствора лимонной кислоты для ускорения химической реакции (рис. 4,5,6).
Приготовленный раствор желатина поместил в разную лабораторную посуду: в чашки Петри, пробирки и нанёс на предметное стекло. Затем в центр раствора желатина нанёс пипеткой 1 мл 90%-ного раствора нитрата серебра. Для исключения побочных процессов (действие внешних факторов – ионы серебра чувствительны к свету) реакционную смесь убрал в тёмное место - шкаф. Процесс образования колец не быстр.
В течение первого часа образовался тёмный осадок бихромата серебра, располагающийся концентрическими слоями вокруг капли нитрата серебра. Кольца напоминают структуру природного минерала – агата (рис.7,8).Точно такие же эксперименты я провёл в пробирках и на предметном стекле.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результатом моих экспериментов явилось получение колец Лизеганга. Я использовал для опытов чашки Петри, пробирки и предметные стёкла. Кольца в них выглядят по-разному. Наиболее схожи кольца с природными, на мой взгляд, получились в чашках Петри.
Лимонная кислота ускорила химический процесс и в течение 1-х суток в чашке Петри, в пробирках образовались кольца. Следовательно, в присутствии кислоты проницаемость коллоидного раствора увеличивается, скорость оседания осадков вырастает.
Образование колец в пробирках наиболее эффектны, так как кольца идут до дна пробирок, что видно при небольшом увеличении, однако, в нижних слоях, кристаллы располагаются редко.
Визуальное наблюдение за химическими процессами возникновения колец, которые протекают не быстро, формирование в них неоднородностей, в это заключается положительная особенность метода. Существует возможность своевременно вмешиваться в ход опыта, прекратить его или изменить условия, сделать обоснованные выводы о влиянии тех или иных воздействий на химическую реакцию.
Я продолжу работу по изучению колец Лизеганга, например, хочу в качестве основы для опыта попробовать яичную скорлупу, используя растворы разных солей, до получения желаемого результата.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зимон А. Д., Лещенко Н. Ф. Коллоидная химия. Изд 3-е. — М.: Изд-во «Агар», 2001.
2. Лурье А. А. К теории колец Лизеганга // Коллоид, ж., 1966. Т.28. — №.4.1. C,534-537.
3. Ефремов И. Ф. Периодические коллоидные структуры. - Л.: Химия, 1971. - 192 с.
4. Сумм Б. Д. Основы коллоидной химии. - М.: Академия, 2007. - 240с.
ИНТЕРНЕТ РЕСУРСЫ
1. https://www.studmed.ru/zimon-ad-leschenko-nf-kolloidnaya-himiya_fe7d7551f76.html
2. https://os-russia.com/SBORNIKI/KON-170-4.pdf
3. https://booksee.org/book/486273
4. https://www.studmed.ru/abramzon-aa-poverhnostno-aktivnye-veschestva-svoystva-i-primenenie_8a49ec4fc40.html
ПРИЛОЖЕНИЕ
рис.1
рис.2 рис.3
рис.4 рис.5
рис.6
рис.7
рис.8
Скачано с www.znanio.ru
Материалы на данной страницы взяты из открытых источников либо размещены пользователем в соответствии с договором-офертой сайта. Вы можете сообщить о нарушении.
