Liesegang mintázatok előállítása

Ha a cél csupán annyi, hogy gyönyörködjünk a természet működésében, a Liesegang-mintázatok előállítása egészen egyszerű. Kell hozzá némi zselatin, vagy más, gél képzésére alkalmas anyag, néhány kémcső vagy Petri csésze, és két olyan anyag, amelyek egymással reagálva vízben oldhatatlan terméket (csapadékot) képeznek.

Ezüst-kromát mintázatok zselatinban

A szabványos Liesegang kísérletekben az egyik reaktáns vizel oldatához gélképző anyagot adunk, majd egy edénybe (kémcső, Petri csésze) öntjük. (Egyszóval a kérdéses anyag oldatával duzzasztott gélt készítünk.)

A gélesedés befejeződése után annak felszínére ráöntjük, vagy rácseppentjük a másik elektrolit általában jóval töményebb oldatát. És ennyi. Már csak várni kell néhány órát vagy napot (a rendszer méretétől függően) és azt tapasztaljuk, hogy a keletkező csapadél egyre ritkuló zónákat képez a két anyag érintkezési felülete körül.

Elkerülendő a kísérletezők indokolatlan frusztrációját ezen a ponton érdemes megjegyezni, hogy a Liesegang-jelenség számos szerző egybehangzó állítása szerint kissé szeszélyes. Volt olyan eset, amikor valakinek gondosan megtervezett kísérletekkel hónapokon keresztül egyetlen mintázatot sem sikerült előállítania, aztán mikor végső elkeseredésében egyszerűen összeöntötte az asztalon felejtett poharakat, puff, ott volt az eredmény.

Liesegang gyűrűk zselatin rétegben

Természetesen számos alkalmas elektrolitpár létezik, amelyekkel a Liesegang-jelenség reprodukálható, a tapasztalat szerint azonban vannak olyan párosítások, amelyekkel láthatólag könnyebb sikert elérni.

Kémiailag térhálósított polivinil-alkohol gél esetén például a belső (gél által tartalmazott) elektrolit lehet magnézium-szulfát, a külső pedig ammónia oldat. Ezekből fehér színű magnézium-hodroxid csapadék képződik.

A Liesegang kísérleteknél alapvetően két eltérő elrendezést használhatunk.

Ha a gélt kémcsőbe öntjük, a csapadék a diffúzió irányára merőleges sávok formájában fog képződni.

Hasonló szabályosságot mutató, de koncentrikus mintázat képződik géllap használatával. A kellően viszkózus, de még folyékony gélt ehhez kiönthetjük egy üveglapra, vagy használhatunk Petri csészét is. Ebben az esetben a gélesedés befejeződése után a lap felszínére kell cseppenteni a másik elektrolit tömény oldatát. Eljárhatunk úgy is, hogy a gélből kivágunk egy kis átmérőjű korongot (tésztaszaggatóval vagy dugófúróval) és ezt az üreget töltjük fel a külső elektrolit tömény oldatával. (Ilyenkor ügyelni kell rá, hogy a gél ne váljon el az üveglaptól és a külső elektrolit ne szivároghasson alá, mert ez torzítja a diffúziós viszonyokat.)

Magnézium-hidroxid mintázatok

Ebben az esetben a csapadék koncentrikus gyűrűket fog alkotni a betáplálási pont körül. Maga Liesegang 1896-ban egyébként ezt a kétdimenziós kísérletet hajtotta végre, tehát ez tekinthető az „eredeti” Liesegang -mintázatnak.

Talán nem fölösleges megjegyezni, hogy Liesegang mintázatok gél nélkül is keletkezhetnek. Egyes szerzők kapilláriscsőbe zárt tiszta vízben, illetve HCl és NH3 reagáltatásával gázfázisban is képesek voltak periodikus csapadékmintázatokat létrehozni. Mindezek miatt széles körben elfogadott az a nézet, hogy a gél szerepe csupán a csapadék kiülepedésének és az elektrolitok keveredésének megakadályozása.

Recept: Liesegang mintázat ezüst-kromátból

Oldjunk fel melegen 120 ml esztilláét vízben 4 g száraz zselatint és 0,12 g kálium-bikromátot. Töltsünk meg néhány kémcsövet félig ezzel az eleggyel és várjuk meg, amíg a gél megszilárdul.

Öntsünk 5 ml 8 m/m %-os ezüst-nitrát oldatot a gél tetejére, és várjunk 1-2 napot (!). Szép ezüst-kromát csapadékzónák alakulnak ki a kémcső mentén.

Ugyanezeket az oldatok kétdimenziós elrendezésben is használhatjuk, ekkor a gélesedés befejeződése lőtt öntsük a viszkózus zselatinoldatot egy üveglapra, vagy néhány Petri csészébe. A gél megszilárdulása után cseppentsünk a felszínére pár cseppet a másik oldatból, és fedjük le a rendszert a párolgás megakadályozása végett.

Recept: magnézium-hidroxid mintázat zselatinban

Készítsünk 0,01-0,2 mol/l koncentrációtartományba eső magnézium-klorid oldatot, és adjunk hozzá annyi száraz zselatint, hogy erre nézve körülbelül 3 m/m %-os legyen. Várjunk fél órát, majd helyezzük az elegyet gőzfürdőre, és tartsuk 60-70 oC-on a zselatin teljes feloldódásáig.

Öntsük az oldatot kémcsövekbe, majd a gél megszilárdulása után adjunk hozzá 4 ml tömény ammóniaoldatot. Zárjuk le hermetikusan a kémcsöveket, mivel az ammónia rendkívül illékony.