Weird Science

Chemiczny ogród

Jazda do lite­ra­tury!

Lite­ra­tura piękna i nauki ści­słe nie zaw­sze muszą być sobie zupełnie dale­kie; zda­rza się, że te dwie dzie­dziny znaj­dują wspólne tematy. Tho­mas Mann, będąc jed­nym z naj­wy­bit­niej­szych pisa­rzy nie­miec­kich, w swo­jej powie­ści opi­sał pewne cie­kawe doświad­cze­nie:

Nigdy nie zapomnę tego widoku. Naczy­nie kry­sta­li­za­cyjne, w którym się owe twory znaj­do­wały, było w trzech czwar­tych napełn­ione z lekka kle­i­stym pły­nem, mia­no­wi­cie roz­cieńczo­nym szkłem wod­nym, a z piasz­czy­stego dna wyra­stał gro­te­skowy pej­za­żyk roz­ma­i­cie zabar­wio­nych poro­stów, pomie­szana wege­ta­cja nie­bie­skich, zie­lo­nych i brązo­wych lato­ro­śli, przy­po­mi­na­jących algi, grzyby, naro­słe polipy, a także mchy, rów­nież muszle, kolbki nasienne, drzewka lub konary drze­wek, tu i ówdzie zaś po pro­stu ludz­kie członki – naj­o­so­bliw­sze rze­czy, jakie kie­dy­kol­wiek mia­łem przed oczami: oso­bliwe nie tyle ze względu na swój dzi­waczny wpraw­dzie i zdu­mie­wa­jący wygląd, ile z powodu swej głęboko melan­cho­lij­nej natury. Gdy bowiem ojciec Lever­kühn pytał nas, co o tym sądzimy, a my odpo­wia­da­li­śmy nie­śmiało, że to chyba rośliny. – Nie – odpo­wia­dał – to nie są rośliny, one je tylko udają. Ale nie sza­nuj­cie ich mniej z tego powodu! Wła­śnie to, że tak czy­nią i z całych sił sta­rają się o to, godne jest wsze­la­kiego sza­cunku.

Tomasz Mann: Dok­tor Fau­stus, tłum: Maria Kurecka, Witold Wirp­sza

Doświad­cze­nie to jest traf­nie nazy­wane "che­micz­nym ogro­dem" i może być z łatwo­ścią prze­pro­wa­dzone przez che­mika-eks­pe­ry­men­ta­tora. Zanim jed­nak przy­stąpimy do pracy musimy zapo­znać się z odro­biną teo­rii.

Pod­stawy teo­re­tyczne

W pow­sta­wa­niu struk­tur wyka­zu­jących podo­bieńs­two do roślin ważną funk­cję pełni osmoza. Osmozą nazy­wamy zja­wi­sko prze­ni­ka­nia roz­pusz­czal­nika przez błonę półp­rze­pusz­czalną roz­dzie­la­jącą dwa roz­twory o różnym stęże­niu. Błona półp­rze­pusz­czalna jest struk­turą cechu­jącą się różną prze­pusz­czal­no­ścią dla cząste­czek roz­pusz­czal­nika i sub­stan­cji roz­pusz­czo­nej. Osmoza spon­ta­nicz­nie zacho­dzi od roz­tworu o niższym stęże­niu sub­stan­cji roz­pusz­czo­nej do roz­tworu o wyższym, czyli pro­wa­dzi do wyrów­na­nia stężeń obu roz­two­rów jak to przed­sta­wi­łem na poniższym rysunku:

Ilustracja

Bło­nami półp­rze­pusz­czal­nymi są też na przy­kład błony bio­lo­giczne. Pełnią bar­dzo ważną rolę w budo­wie struk­tur orga­nicz­nych.

Półp­rze­pusz­czalne bariery pow­stają także w spe­cy­ficz­nych warun­kach pod­czas reak­cji krze­mianu sodu z niek­tórymi solami metali. Wła­śnie te reak­cje pozwa­lają na wytwo­rze­nie che­micz­nego ogrodu.

Potrzebne mate­riały

Musimy mieć:

Potrze­bu­jemy szkła wod­nego i wymie­nio­nych soli; można zasto­so­wać tylko jedną, ale wyko­rzy­sta­nie soli różn­ych metali da cie­kaw­szy efekt barwny. Stęże­nie krze­mianu sodu należy dobrać eks­pe­ry­men­tal­nie. Potrzebne odczyn­niki:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ostrze­że­nie: Szkło wodne zawiera doda­tek NaOH, który jest mocną zasadą i ma dzia­ła­nie żrące. Należy bezw­zględ­nie uni­kać zanie­czysz­cze­nia oczu lub skóry! W doświad­cze­niu wyko­rzy­sty­wane są też sole metali ciężk­ich, które wyka­zują silne dzia­ła­nie tok­syczne i/lub rako­twór­cze. Należy sto­so­wać ręka­wiczki och­ronne i nie dopu­ścić do zanie­czysz­cze­nia skóry! Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Na dno zlewki wysypmy kilka krysz­tałków poda­nych wcze­śniej soli metali, a następ­nie zalejmy je roz­two­rem szkła wod­nego. Po chwili krysz­tały zaczną jakby kiełk­o­wać: pow­staną kolo­rowe roz­ga­łęzia­jące się wypustki. Wyrostki te rosną z pręd­ko­ścią dostrze­galną dla oka. Po paru minu­tach naczy­nie będzie pełne poskręca­nych wie­lo­barw­nych ksz­tałtów przy­wo­dzących na myśl praw­dziwe rośliny. Poni­żej pre­zen­tuję kilka zdjęć tych pseu­do­ro­ślin pow­sta­łych w moim labo­ra­to­rium:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Pro­ces wzro­stu tych struk­tur jest naprawdę intry­gu­jący i miły dla oka:

Wyja­śnie­nie

W jaki spo­sób pow­stają te fan­ta­zyjne struk­tury? Obra­zuje to poniższy ani­mo­wany sche­mat przed­sta­wia­jący zja­wi­sko na przy­kła­dzie krysz­tału CoCl2:

Ilustracja

W momen­cie zetk­nięcia się krysz­ta­łów ze szkłem wod­nym docho­dzi do reak­cji między solami metali, a krze­mia­nem sodu. W wyniku pow­stają krze­miany tych metali. Są one bar­dzo słabo roz­pusz­czalne w wodzie, więc two­rzą coś w rodzaju błonki wokół krysz­tału. I tu do akcji wcho­dzi osmoza: błonka jest półp­rze­pusz­czalna, więc ponie­waż wew­nątrz panuje więk­sze stęże­nie soli to woda prze­nika do wnętrza pow­sta­łego pęche­rzyka. Wzrost ciśnie­nia wew­nątrz powo­duje, że błonka napina się coraz bar­dziej, aż w końcu pęka. Przez pow­stałą wyrwę wylewa się na zew­nątrz nieco roz­tworu soli; docho­dzi do kolej­nej reak­cji z krze­mia­nem sodu i pow­staje kolejna błonka. Zja­wi­sko to pow­ta­rza się wie­lo­krot­nie aż do wytwo­rze­nia rośli­no­po­dob­nych struk­tur. Barwa "roślin" zależy od barwy wła­ści­wej pow­sta­łemu krze­mia­nowi.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa