케미컬 가든

Chemical garden
NASA 과학자들이 국제우주정거장(왼쪽)과 지상(오른쪽)에서 재배한 화학정원의 비교
재배중 화학정원
염화 코발트(II)
화학정원

화학정원은 무기화학물질을 섞어 만든 복잡한 생물학적 외관 구조물이다.화학 원예는 보통 황산동이나 코발트(cobalt)와 같은 금속 염을 첨가하여 수행하는 화학 실험이다.II) 염화물, 규산나트륨 수용액(기타 물유리)에 사용.이것은 몇 분에서 몇 시간 사이에 식물과 같은 형태의 성장을 초래한다.[1][2][3] [4]

이 화학 정원은 1646년 요한 루돌프 글라우버에 의해 처음 관찰되고 묘사되었다.[5]화학 정원은 원래 형태로, 규산칼륨 용액(KSiO23)에 제철 염화물(FeCl2) 결정체를 도입하는 것을 포함했다.

과정

화학 정원은 대부분의 전이 금속 규산염에 의존한다. 물과 색상에서 용해되지 않는다.

염화 코발트 등 금속소금이 규산나트륨 용액에 첨가되면 용해되기 시작한다.그런 다음 이중 변위 반응에 의해 불용성 코발트 규산염을 형성할 것이다.이 코발트 규산염은 반투과성 막이다.세포막 내 코발트 용액의 이온 강도가 탱크 함량의 대부분을 이루는 규산나트륨 용액보다 높기 때문에 삼투압 효과는 세포막 내 압력을 증가시킬 것이다.이것은 막이 찢어져서 구멍을 만들 것이다.코발트 양이온들은 이 눈물에서 규산염 음이온과 반응하여 새로운 고체를 형성할 것이다.이렇게 하면, 성장은 탱크 안에서 형성될 것이다; 그것들은 (금속 음이온에 따라) 색상이 될 것이고 식물과 같은 구조처럼 보일 것이다.이 실험에서 형성된 결정들은 탱크 하단의 압력이 탱크 상부에 가까운 압력보다 높기 때문에 결정들이 위로 자라게 하기 때문에 위로 자랄 것이다.

성장 방향의 상향은 주변 물유리 용액보다 낮은 '식물'의 반투과성 막 내부의 유체 밀도에 따라 결정된다.막 안에서 매우 촘촘한 액체를 만들어 내는 금속소금을 사용하면 성장률이 낮아진다.예를 들어 3가 크롬 황산염이나 염화염의 녹색 용액은 타리 덩어리로 집중될 때까지 삶아도 바이올렛 형태로[clarification needed] 천천히 변하지 않고 결정화를 거부한다.그 타르는, 물유리 용액에 매달려 있으면, 아래로 나뭇가지 같은 성장을 이룬다.이는 막 내부의 모든 액체가 떠다니기엔 너무 조밀해서 상승 압력을[contradictory] 행사하기 때문이다.규산나트륨의 농도는 성장률에서 중요해진다.

성장이 멈춘 후, 규산나트륨 용액은 매우 느린 속도로 물을 계속 첨가하면 제거할 수 있다.이것은 정원의 수명을 연장시킨다.[6]

한 가지 특정한 실험 변화로, 연구자들은 시험관 안에서 화학 정원을 만들었다.[7]

사용된 공통염류

화학 정원에서 사용되는 일반적인 염분은 다음과 같다.

실용화

처음에 화학 정원은 주로 장난감으로 보일 수 있지만, 그 주제에 대해 몇 가지 진지한 작업이 이루어졌다.[8]예를 들어, 이 화학은 포틀랜드 시멘트의 설정, 열수 분출구의 형성 및 불용성 튜브가 형성될 수 있는 강철 표면의 부식 동안에 관련된다.

화학정원 내에 형성된 불용성 규산염관의 성장은 막으로 분리된 유체에서 보이는 관련 행동의 등급을 이해하는 데도 유용하다.다양한 면에서 규산 tubes의 성장하고, 길 녹은 왁스 형태twig-like 성장의 초에서, 또는 위로 시원한 w.을 따라 떠다니고 얼음의 뾰족하거나 덩어리들 여전히 껌의 성장 패턴들의 형태로 Eucalyptus와 같은 나무에 상처에서가 똑똑 떨어진다 건조 water,[9]의 언 표면 위에 압출의 성장 닮은에서어[citation needed]

고생물학

조건이 좋으면 자연에서도 화학정원이 발생할 수 있다.고생물학으로부터 그러한 화학 정원이 화석화될 수 있다는 증거가 있다.그러한 유사성 물질은 화석화된 유기체와 구별하기가 매우 어려울 수 있다.사실, 생명체의 가장 초기 화석은 화석화된 화학 정원일 수도 있다.[10]

철분이 풍부한 입자와 규산염이나 탄산염이 함유된 알칼리성 액체를 섞으면 생물학적 구조로 보인다.이러한 구조물은 생물학적 또는 화석처럼 보일 수 있다.[11][12][13]연구원들에 따르면, "이러한 화학반응은 수백 년 동안 연구되어 왔지만, 이전에는 이런 작은 철분이 풍부한 암석 구조물을 모방하는 것이 증명되지 않았다.이런 결과는 화석인지 비생물학적 광물 매장량인지를 확인하기 위해 많은 고대 실세계 사례들을 재검토할 것을 요구한다."[11][12]

화석을 포함한 생물학적 구조와 화성의 비생물학적 구조를 더 잘 구별할 수 있는 것이 화학 원예 연구의 한 가지 이용이다.[11][12]

참고 항목

참조

  1. ^ Barge, Laura M.; Cardoso, Silvana S. S.; Cartwright, Julyan H. E.; Cooper, Geoffrey J. T.; Cronin, Leroy; De Wit, Anne; Doloboff, Ivria J.; Escribano, Bruno; Goldstein, Raymond E. (26 August 2015). "From Chemical Gardens to Chemobrionics". Chemical Reviews. 115 (16): 8652–8703. doi:10.1021/acs.chemrev.5b00014. ISSN 0009-2665. PMID 26176351.
  2. ^ Balköse, D.; Özkan, F.; Köktürk, U.; Ulutan, S.; Ülkü, S.; Nişli, G. (2002). "Characterization of Hollow Chemical Garden Fibers from Metal Salts and Water Glass" (PDF). Journal of Sol-Gel Science and Technology. 23 (3): 253. doi:10.1023/A:1013931116107. hdl:11147/4652. S2CID 54973427.
  3. ^ Cartwright, J; García-Ruiz, Juan Manuel; Novella, María Luisa; Otálora, Fermín (2002). "Formation of Chemical Gardens". Journal of Colloid and Interface Science. 256 (2): 351. Bibcode:2002JCIS..256..351C. CiteSeerX 10.1.1.7.7604. doi:10.1006/jcis.2002.8620.
  4. ^ Thouvenel-Romans, S; Steinbock, O (April 2003). "Oscillatory growth of silica tubes in chemical gardens" (PDF). Journal of the American Chemical Society. 125 (14): 4338–41. doi:10.1021/ja0298343. ISSN 0002-7863. PMID 12670257. Archived from the original (PDF) on 11 August 2017. Retrieved 23 May 2009.
  5. ^ Glauber, Johann Rudolf (1646). "LXXXV. Wie man in diesem Liquore von allen Metallen in wenig Stunden Bäume mit Farben soll wachsen machen. (How one shall make grow—in this solution, from all metals, in a few hours—trees with color)". Furni Novi Philosophici (German-language 1661 ed.). Amsterdam: Johan Jansson. pp. 186–189.
  6. ^ Helmenstine, Anne Marie (16 March 2019). "Magic Rocks". thoughtco.com. Archived from the original on 16 May 2020. Retrieved 16 May 2020.
  7. ^ Glaab, F.; Kellermeier, M.; Kunz, W.; Morallon, E.; García-Ruiz, J. M. (2012). "Formation and Evolution of Chemical Gradients and Potential Differences Across Self-Assembling Inorganic Membranes". Angew. Chem. Int. Ed. 51 (18): 4317–4321. doi:10.1002/anie.201107754. PMID 22431259.
  8. ^ Murvan H. E. Cartwright, Juan Manuel Garcia-Ruiz, Maria Luisa Novella 및 Fermin Ottala, J. Colorid Interface Sci. 2002, 256, 351–359 : CS1 maint: 제목(링크)로 보관 사본
  9. ^ Carter, James R. "Ice Formations with Daily (Diurnal) Freeze/Thaw Cycles". Illinois State University. Retrieved 14 November 2020.
  10. ^ McMahon, Sean (2020). "Earth's earliest and deepest purported fossils may be iron-mineralized chemical gardens". Proc. R. Soc. B. 286 (1916). doi:10.1098/rspb.2019.2410. PMC 6939263. PMID 31771469.
  11. ^ a b c University of Edinburgh (27 November 2019). "Solving fossil mystery could aid quest for ancient life on Mars". EurekAlert!. Retrieved 27 November 2019.
  12. ^ a b c McMahon, Sean (27 November 2019). "Earth's earliest and deepest purported fossils may be iron-mineralized chemical gardens". Proceedings of the Royal Society B. doi:10.1098/rspb.2019.2410. Retrieved 27 November 2019.
  13. ^ Steinbock, Oliver; et al. (1 March 2019). "The fertile physics of chemical gardens". physics Today. 69 (3): 44. doi:10.1063/PT.3.3108. Retrieved 27 November 2019.

외부 링크