Chemical gardens. Коллоидный сад (Химические водоросли)

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Chemical gardens: iron chloride (III) and waterglass (sodium and potassium silicates) - pt.3 / Коллоидный сад: хлорид железа (III) и жидкое стекло (силикаты натрия и калия)

После экспериментов по выращиванию "Химических водорослей" из хлорида железа (III) в растворе гидроксида калия решил вернуться к "классическому" варианту опыта - использовать разведенное жидкое стекло. Жидкое стекло (англ: waterglass, water glass, or liquid glass) - технический продукт, который представляет собой водный раствор смеси силикатов натрия и калия. Раньше жидкое стекло использовали в качестве клея для бумаги (прости, господи) - т.н. "силикатный клей". Склеенная таким клеем бумага со временем рассыпалась, но силикатный клей все равно продолжали использовать - много лет действовал принцип: "Мыши кололись, плакали, но продолжали грызть кактус!". Сейчас жидкое стекло применяют преимущественно в строительстве, где оно приносит гораздо больше пользы.

Для выращивания "Коллоидного сада" жидкое стекло - основной и один из самых доступных вариантов, разумеется - не единственный. Продажное жидкое стекло разводят водой в 2-3 раза и помещают в него кристаллики солей, из которых и вырастают "неорганические растения" разнообразных цветов. Каких именно солей? Берут растворимые соли металлов, которые образуют нерастворимые силикаты: медь, кобальт, никель, железо (II) или (III), цинк, магний, марганец (II), хром (III), алюминий, свинец и др. Лучше использовать крупные кристаллы или сростки кристаллов.

Из всего, что я видел (о чем читал или слышал), "Химические водоросли" в растворе силикатов натрия и калия быстрее всего растут из хлорида железа (III). Рост таких водорослей происходит буквально на глазах и не требует особого терпения при наблюдении. С другими солями (например: сульфат меди, нитрат кобальта и сульфат цинка) процесс роста забирает часы. Визуально он также наблюдаем, но требует гораздо больше времени. Поэтому, если только вы не решили заняться медитацией, колбу или стакан с жидким стеклом и кристаллами солей можно оставить без присмотра, а через время прийти и посмотреть на результат.

Именно из-за более быстрого роста "водорослей" решил начать с экспериментов с гексагидратом хлорида железа (III).

Налил в стакан 50 мл жидкого стекла и 90 мл дистиллированной воды, перемешал. В растворе оказалось немало посторонних твердых частиц - на то он и технический продукт. Поместил в стакан комок хлорида железа (III) - размером с крупную фасолину.

Хлорид железа (III) опустился на дно, но не потемнел (как это происходило с данным веществом, помещенным в раствор едкого кали) - так и остался светлым. Дальше - почти полминуты ничего визуально не происходило, я уже стал опасаться, что эксперимент не получится, однако потом на поверхности комка хлорида железа стало заметно движение. После этого из твердой поверхности в разных местах стали "выстреливать" узкие "стебли водорослей". Росли они стохастически: то вверх, то в сторону, то вниз. Данные образования больше напоминали уже не стебли растения (как в прошлых опытах), а червей или змей: во время роста они много раз извивались и изгибались, меняя направление. Скорее это напоминало даже не живых червей и змей, а их "электронные аналоги" из 2-D игр, которые впервые появились на старых компьютерах, а затем получили "вторую жизнь" на экранах мобильных телефонов.

Таких змей из твердой фазы "выползло" сразу много и "росли" они быстрыми рывками, только не строго вверх, а много раз изгибаясь в разных направлениях (нередко - в противоположных). В результате пространство стакана стало заполняться изгибающимися змеями. Только потом я убедился, что не все пространство, а именно окрестности стеклянных стенок: змеи росли в тесном контакте с поверхностью стекла, без которой картина была бы иной. Образно говоря: "Змеи ползали по поверхности стекала". Отрываясь от стекла, змея теряла стабильность. Т.е., помести я кусок хлорида железа не возле стенок стакана, а по его центу, картина была бы другой.

Ничего подобного ранее я не видел. В моих прошлых опытах с хлоридом трехвалентного железа и жидким стеклом "водоросли" тоже изгибались, но росли они преимущественно вверх, а не "куда попало".

Примерно через три с половиной минуты некоторые змеи почти достигли поверхности раствора в стакане, а ниже продолжали извиваться другие змеи. Наконец, одна "змея", которая достигла поверхности, стала растекаться по ней "листом растения" (пятном), тоже неравномерно - рывками. Со временем этот "лист" занял значительную часть поверхности раствора. Т.е., достигнув поверхности воды, "Химическая водоросль" стала вести себя совсем по другому, подобным образом себя ведут и некоторые водные растения [1].

Не сомневаюсь, что если я бы взял не стакан, а более узкий мерный цилиндр, в котором уровень раствора был бы вдвое выше, то и тогда бы змея смогла достичь поверхности (при то же количестве веществ, как в данном опыте).

Цвет змей (или водорослей) был светло-коричневым, они легко просвечивались. В случае с едким кали водоросли получились темно-коричневыми и непрозрачными.

Мыть стакан после опыта было очень тяжело - силикатная масса намертво пристала к стеклу, местами она была довольно твердой. Воспользовался губкой для посуды и содой. Поверхность стекла в процессе мытья ощупывал пальцами, то и дело наталкиваясь на твердые частицы (как песчинки). Их пришлось оттирать, потом пробовать стекло пальцами, затем снова оттирать. Мимо воли вспомнил недавно прочитанную историю про вторичную стеклянную тару и "счастливое детство" [2]. История совсем не про химию, но она запала в душу. Видимо потому, что я в те времена жил и все еще помню актуальные тогда реалии.

__________________________________________________
² Ощупывание стекла пальцами на предмет твердых частиц на поверхности напомнило мне одну историю.

Сейчас напитки и жидкие молочные продукты продаются в пластиковой таре, иногда - в бумажной. Пластик, попадая потом в мусор, хотя и создает проблему отходов, но стоит сравнительно дешево. Раньше всего этого не было: напитки, молочные продукты, уксус и т.д. продавались исключительно в стеклянных бутылках и банках (с металлическими крышками). Алюминиевых пивных банок тоже не знали - были они только в цивилизованных странах, а у нас, если подобная тара попадалась (люди привозили из-за границы), ее могли выставить дома на видном месте на показ, словно тропические кораллы, чемпионскую медаль или картину известного художника.

Производство стекла - дорогой и очень энергоемкий процесс, даже по меркам прошлого, когда про экономию энергии не особо заботились. Дорогими получались и бутылки - часто они стоили дороже содержимого. Проблему пытались решить за счет вторичной стеклотары: бутылки и банки стоили недешево и их стоимость, разумеется, включалась в стоимость напитка, но их принимали назад - в магазинах и в специальных пунктах приема тары - за ту же цену. Например, за наиболее ходовую пол-литровую бутылку, в которой продавались лимонады и пиво, можно было получить 20 копеек, что равнялось стоимости буханки хлеба. Потом эти бутылки и банки вторично использовали на заводах - в них фасовали напитки, уксус, кефир, соки и т.п.

Glass bottles. Продукты в стеклянных бутылках

Разумеется, имея возможность сдать стеклянную тару и вернуть потраченные деньги, не все этой возможностью пользовались. Не все даже выбрасывали бутылки в мусор - часто их бросали, где попало, - как прямо сейчас это делают с одноразовыми бутылками свиньи (которые по недоразумению считают себя людьми). Но, если за одноразовую бутылку в пунктах приема сейчас много не платят, то стеклянная бутылка или банка стоила по тем временам ощутимо. Поэтому была категория людей, которые зарабатывали, собирая брошенные бутылки с целью их сдать. Преимущественно это были пенсионеры, которым не хватало на жизнь, но не только. Я не раз видел хорошо одетых и явно обеспеченных людей, которые систематически собирали и сдавали бутылки. Более того, у некоторых сборщиков бутылок была "своя территория", и, если кто-то другой пытался подобрать на ней брошенную бутылку, - могло дойти до драки.

Сам я целенаправленно бутылки не собирал, но вполне мог подобрать бутылку по дороге домой, а потом присоединить ее к бутылкам, которые копились дома в ожидании ближайшего похода в пункт сдачи. Тогда многие тару после использования мыли, собирали, а, когда накапливалось достаточное количество, ходили сдавать.

Стекло как конструкционный материал имеет много преимуществ. Но есть и недостатки, главный из которых - хрупкость. Стекло легко трескается и бьется - в т.ч. бутылки и банки. Бутылки с трещинами или сколами все равно стоило бы принимать (за меньшую цену, разумеется), т.к. их можно переплавить, сэкономив часть энергии, но их не принимали. Это я знал и тогда: продавщицы в пунктах приема тщательно обследовали каждую бутылку и банку на предмет трещин и сколов. В случае малейшего подозрения - принимать отказывались. В лучшем случае тут же стоял ящик, чтобы люди выбрасывали поврежденные бутылки-банки в него, а не куда попало.

Оказывается, знал я далеко не все. На днях прочитал историю, в который автор описывал свое детство. Они вместе с другими ребятами подбирали такие бутылки, забракованные приемщицей. Распространенной проблемой был скол на горлышке бутылки: там была тугая стальная пробка, которую открывали специальным ключом, в процессе стекло нередко повреждалось. Мальчики несли эти бутылки в сарай, где долго шлифовали стекло, чтобы натренированные пальцы приемщицы не заметили скол. Не авиамодели, не сувениры и не самодельные игрушки: дети шлифовали стеклянные бутылки из-под пива, чтобы их сдать(!) и получить 20 копеек.

Recycling of glass bottles and jars. Сдача стеклотары

Recycling of glass bottles. Сдача стеклотары

___________________

Не хочу завершать на гнусной ноте - покажу конус Тиндаля (Tyndall effect). В стакан с исходным жидким стеклом, разведенным дистиллированной водой, посветил лучом лазера (перед выращиванием "водорослей"). Луч в жидкости был видим при боковом наблюдении, что свидетельствовало о наличии дисперсных частиц (это явление называется: эффект, или конус Тиндаля). Причем виден был, как прямой луч, так и луч, отраженный назад от внутренней поверхности стенок стакана (для этого необходимо направить луч не горизонтально, а под углом, чтобы прямой и отраженный лучи не накладывались друг на друга).

Некоторые из дисперсных частиц были достаточно крупными и наблюдались невооруженным глазом - техническое жидкое стекло не отличается чистотой, но конус Тиндаля виден и тогда, когда дисперсные частицы не различимы невооруженным глазом, например, в коллоидных растворах или в воздухе с мелкими частицами пыли. Зато в истинных растворах, где растворенное вещество разделено на отдельные молекулы, эффект Тиндаля не наблюдается.

_______________________________
¹ Чтобы не загромождать основной текст статьи очередным лирическим отступлением, напишу про биологию ~~в сноске~~ отдельным текстом (см. ниже):

Chemical gardens and origin of species - pt.4 / Химические водоросли и происхождение биологических видов

Наблюдение за ростом "Химических водорослей" - неорганической системы, которая так напоминает биологическую (только внешне, разумеется) напомнили мне историю развития наших взглядов на происхождение видов. Биологических видов.

Первоначально мало кто сомневался в том, что растения и животные - во всем их разнообразии - создал Творец. У разных народов Творец был разный, по разному описывают и акт творения, но сути это не меняет. Бога и в наше время активно используют как "универсальную затычку", чтобы объяснить все то, что мы именно сейчас объяснить не в состоянии.

В наше время в науке (подчеркиваю: в науке!) общепринятой является точка зрения, что все разнообразие биологических видов есть результат генетических мутаций и естественного отбора (борьбы за существование). В результате генетических мутаций и комбинирования генов потомство не являются точной копией своих родителей. А выживают и дают свое потомство именно те особи, которые наиболее приспособлены к существующим условиям. Остальные вытесняются в конкуренции и не оставляют потомства. Родоначальником этой теории был британский ученый Чарльз Дарвин. За свои взгляды Дарвин претерпел много издевательств, ибо лицемерие было и остается одним из свойств человеческой натуры. Многим людям легче закрыть глаза на реальность, чем признать, что в природе действует принцип борьбы за жизнь: "Ежь, чтобы тебя не съели!". А, поскольку человек является частью природы, то принцип этот оказался верным и для нашего общества. Хорошее же получалось творенье божье... Именно этого Дарвину простить не могли, а не производную от его теории гипотезу - о происхождении человека от обезьяны (она была не причиной, а поводом для нападок). Уничтожение целых народов и тогда никто не отрицал, но это считалось некоторым отклонением от "высоко-духовной человеческой натуры", а не нашей сущностью. Только это и есть часть человеческой природы - способность к уничтожению. Зла нет только там, где нет людей. Как и добра.

Этика и мораль удерживают наше общество от войны "всех против всех" и, в конечном итоге, от самоуничтожения. Беда в том, что особи, которые действуют себе на пользу и всему человечеству во вред, получают не только бонусы в борьбе за существование, но и больше шансов оставить точно такое же потомство - поскольку они имеют преимущество перед теми людьми, кто придерживается правил.

Кстати, а все в курсе, что Человек Разумный был представлен не одним, а двумя (как минимум) биологическими видами - кроманьонцы и неандертальцы? Оба вида создали культуру. Причина, почему неандертальцы исчезли, неизвестна, но одно из наиболее логических объяснений состоит в том, что их физически истребили наши предки (кроманьонцы). Оба вида вели схожий образ жизни и их ареалы пересекались, что сделало столкновения между ними неминуемыми.

Описанные выше две точки зрения на возникновение биологических видов не были единственными. Французский ученый Жан Батист Ламарк создал теорию эволюции, которая предшествовала теории Дарвина. Ламарк, по сути, ввел само понятие биологической эволюции (в противоположность учению о единоразовом акте творения биологических видов - креационизме). Он считал, что действующей силой биологической эволюции является "внутреннее стремление к совершенству". Например, у жирафа длинная шея потому, что он и его предки долго "тренировалось" доставать листья с высоких деревьев. Ламарк думал, что биологический вид - вещь гораздо более изменчивая и динамическая, чем мы считаем сейчас. Сразу в литературе не нашел, но помнил: учительница биологии рассказывала, что к таким выводам ученого подтолкнули именно наблюдения за водными растениям. Известно, что некоторые водные растения имеют части, расположенные, как под водой, так и выше ее поверхности (например, листья) и выглядят они совсем по-разному. Под водой (одни условия) листья одни, на поверхности воды и над водой (другое условия) - листья другие, а растение - все то же. На основании этого Ламарк решил, что организм может чуть ли не как угодно меняться на протяжении своей жизни, исходя из изменений среды (прямое приспособление, а не опосредствованное, как у Дарвина - путем вымирания неприспособленных и выживания и размножения более приспособленных).

Вот это мне и напомнил стебель "Химической водоросли", который достиг поверхности раствора и превратился в большое пятно (или "лист растения" - если так больше нравится).

Позже нашел, что растение, с помощью которого Ламарк аргументировал свою теорию, - стрелолист, известный тем, что его листья под водой, на поверхности воды и над водой имеют совершенно разную форму.