Los anillos de Liesegang (también capas de Liesegang , el nombre general de la estructura de Liesegang ) son anillos concéntricos o bandas que alternan rítmicamente como resultado de la deposición periódica de cualquier compuesto durante la difusión en medios de gel . Nombrado en honor al descubridor del fenómeno, el químico y empresario alemán R. Liesegang .
Las estructuras concéntricas fueron obtenidas por primera vez en 1896 por el químico alemán R. Liesegang. Trabajando en el laboratorio químico de una fábrica fotográfica propiedad de su padre, descubrió que una gota de una solución de nitrato de plata AgNO 3 sobre una placa fotográfica recubierta con una capa de gelatina , que contiene el pico de cromo K 2 Cr 2 O 7 , se forman agregados de pequeños cristales de Ag 2 Cr 2 O 7 en forma de anillos concéntricos que se asemejan a anillos de crecimiento en un corte de sierra para árboles. Liesegang quedó fascinado con este fenómeno y lo estudió durante casi medio siglo.
El propio R. Liesegang, que conocía los primeros trabajos sobre el estudio de las reacciones oscilatorias de F. Runge , se inclinó inicialmente por una explicación natural- filosófica del proceso periódico que había obtenido.
W. Ostwald , uno de los fundadores de la química física , propuso por primera vez un posible mecanismo físico que explica la formación de estructuras de Liesegang en 1897. La explicación dada por Ostwald se basó en el concepto de estado metaestable y el fenómeno de maduración de Ostwald , descubierto por él un año antes. Ostwald sugirió que Liesegang formó una solución sobresaturada de dicromato de plata, que se encontraba en un estado metaestable. La difusión adicional de los reactivos provocó la formación de un precipitado y la transición del sistema a un estado lábil . La interacción adicional de bicromato de potasio y nitrato de plata lo devolvió a un estado metaestable, etc.
En 1905, Liesegang rechazó el modelo de Ostwald y recibió nuevos datos empíricos. Sin embargo, más tarde, después de realizar nuevos experimentos, se convirtió en su ferviente partidario.
Las estructuras de Liesegang se obtienen normalmente por difusión de una de las sustancias de partida a través de un gel que contiene otra sustancia capaz de formar un precipitado insoluble con la primera.
Durante décadas, se ha utilizado una gran cantidad de reacciones de precipitación para estudiar el fenómeno, mostrando su naturaleza general. Se obtuvieron estructuras de Liesegang para cromatos, haluros, hidróxidos metálicos, carbonatos y sulfuros de plomo, cobre, plata, mercurio, etc. [1]
Ejemplos de reacciones químicas utilizadas para esto:
Por lo general, se utilizan gelatina , agar-agar o gel de sílice para preparar el medio . Las estructuras de Liesegang también se pueden obtener sin gelificante, si el experimento se realiza en un capilar , donde la convección del medio no interfiere en su formación. Un fenómeno similar ocurre no solo en geles, sino también en polvos inertes compactados ( cuarzo , kieselguhr , etc.) impregnados con una solución del reactivo correspondiente.
También se pueden obtener en ausencia de un medio líquido. Por ejemplo, las estructuras en capas se forman bajo ciertas condiciones en un medio gaseoso durante la interacción del amoníaco y el cloruro de hidrógeno . La formación de anillos también es posible en sólidos: por ejemplo, las bandas de plata se obtuvieron sumergiendo vidrio de silicato en AgNO 3 fundido durante un largo período de tiempo.
Los experimentos generalmente se llevan a cabo en un tubo de ensayo o en una placa de Petri . En el primer caso, uno de los reactivos se disuelve inicialmente en el gel y se coloca en un tubo de ensayo. Luego se vierte encima una solución de otro reactivo de mayor concentración. Como resultado, en la región de separación de fases, comienza la formación de un precipitado en forma de bandas paralelas al frente de difusión, separadas por espacios libres de sedimentos ( ver ilustración ).
En una placa de Petri, por regla general, se forman anillos concéntricos de sedimento si se introduce una solución concentrada de una de las sustancias iniciales en el centro de la placa, que ya contiene el gel de otra sustancia. En estas condiciones, la onda de reacción química se mueve desde el centro hacia la periferia de la copa como resultado de la difusión de la sustancia añadida, dejando atrás anillos de sedimento claramente separados. También es posible la formación de estructuras más complejas: como estructuras espirales y " anillos de Saturno " (en un tubo de ensayo) y dislocaciones de anillos (en una placa de Petri).
Las capas y los anillos de Liesegang pertenecen a estructuras coloidales periódicas , que parecen haber sido el primer ejemplo estudiado de estructuras autoorganizadas [3] . De acuerdo con las características más importantes, los anillos de Liesegang tienen una similitud significativa con las estructuras de anillos que surgen como resultado de los procesos de autoonda , lo que lleva a la aparición de estructuras autoorganizadas con diferentes escalas de ordenación (nano, meso, micro y macroniveles). [4] .
La coloración en capas de minerales ( ágata , jaspe ) está asociada con la formación de capas de Liesegang [5] . Liesegang hizo muchas observaciones importantes sobre las ágatas, publicó un libro sobre ellas y una gran serie de artículos, y desarrolló su propia teoría (1915). En su opinión, las ágatas no se formaron a partir de soluciones, sino de geles de sílice, que llenaron las cámaras de ágata y luego "maduraron" en ellas; se dividieron en capas concéntricas y cristalizaron, convirtiéndose en calcedonia [6] .
Formaciones muy similares ocurren en la estructura estratificada de rocas finamente porosas durante los procesos de meteorización . Tales, por ejemplo, son anillos rítmicos, rayas, hipérbolas, coloreadas con hidróxidos de hierro marrón , en calizas , areniscas de grano fino y otras rocas.
Piedras en los órganos de animales y humanos, algunos tejidos biológicos, como los músculos estriados , tienen una estructura de capas estriadas .
ágata azul
Anillos de Liesegang en las rocas de Bretaña
Anillos Liesegang en piedra arenisca
Areniscas en Utah (EE.UU.)
El fenómeno descubierto por Liesegang ha encontrado aplicación práctica en el estudio de varios procesos en física y química, en artes aplicadas, para decorar varios productos con imitación de jaspe, malaquita, ágata, etc. Liesegang también propuso una tecnología para hacer perlas artificiales .