リーゼガングの輪

リーゼガングの輪 化学ネットワークでパターンを作ろうとして失敗する CasualPhysicsEnjoyer 2026年8月26日 711 共有 前回は、次元を縮小しても物理法則が変わらない現象を探すことについて書きました。独立科学協会のもう一つのテーマは、卓上で実験する価値のある複雑な現象をどのように作成できるかを明らかにすることです。 以前、マイカ粉と油を使ったレイリー・ベナール対流セルについて説明しました。温度勾配を適用すると、液体の中にセル状の分割が見られました。これは、温度勾配の適用による非平衡、自己組織化現象の例でした。以前、ブリッグス・ラウシャー反応のような他の試みは（より安全な）振動化学反応の例ですが、試みて失敗しました。 複雑な現象に関して、私は数学と物理実験の両方を通じて、実際にどの変数が重要なのかを理解しようとしていますが、それは困難です。対流セルの場合、液層の厚さ、温度勾配、容器のサイズなどの変数があります。そして、これらのアイデアは、このラボで自分で理解したいことです。 もう一つ私の目を引いた複雑な現象は、リーゼガングの輪です。これらは、(1 + p)^nという間隔でゲル内に形成される輪です。これは等比級数です。さまざまな方法でそれらを得ることができます。 これがどのように見えるか、リーゼガングの輪のモデルに関するこの非常にクールなウェブサイトから取った画像です。 https://www.insilico.hu/liesegang/experiment/experiment.html より 水酸化マグネシウムを使ったこの画像では、幾何学的なパターンで間隔が広がっているのがはっきりとわかります。 なぜこれが面白いのか？発生学に関する本、例えば『The Triumph of The Embryo』などを読んでいるときに、一部の動物のパターン形成に化学反応がどのように関わっているかに興味を持ちました。また、化学反応におけるパターン形成の理論は、数学的にも豊かであり、非平衡統計力学のレンズを通して、もっと理解しようとしているものです。これらのものの美しさはただただ魅惑的です。リーゼガングの輪が動物のパターン形成のメカニズムではないとしても、舞台裏で何が起こっているのかをただただ驚嘆せずにはいられません。 これは『A Field Guide To the Birds of Malaysia』の一ページです。 そして、私の知る限り、リーゼガングの輪のメカニズムはまだ完全に解明されていません。これは、自宅でこれらのいくつかを再現しようとするのに最適な領域です。 二クロム酸カリウムと硝酸銀を使ってリーゼガングの輪を再現しようと考えましたが、これは最も鮮やかな輪を生成するようです。しかし、シグマアルドリッチで二クロム酸カリウムを購入しようとしたときに、それが発がん性があり、吸入リスクがあることに気づきました。そのため、ホームラボスタイルのものにはあまり適していません。 そして、リーゼガングのウェブサイトにあるもう一つの例は、塩化マグネシウムとアンモニアのゲル浸漬を使用することでしたが、アンモニアも濃度が高いように見えたため、少し怪しいと感じました。 そこで、GPT Solに問い合わせて、より安全なバージョンと、より入手しやすい試薬を見つけようとしました。すると、1999年のチョパードの論文に出会い、アガーゼリー（安全）、塩化マグネシウム（バスソルト）、水酸化ナトリウムを使ってリーゼガングの輪を作成することに成功しました。水酸化ナトリウムは苛性ソーダと呼ばれ、店で購入できます。腐食性がありますが、ヒュームはなく、以前、自宅で量子ドットを作ろうとしたときに使用しました。 チョパード1999年の論文からのリーゼガングの輪の写真はこちらです。 チョパード1999 NaOHを使った、右の画像に示されている輪を作るために、以下のレシピを試しました。 試薬もかなり安価でした。以下は、Claudeからの推定コストを含む完全なリストです。繰り返しになりますが、これらのほとんどは pretty readily out there! 入手可能です。化学ネットワークの研究をホーム実験にもっとアクセスしやすくしたいです。 Solに、論文を再現するための濃度と手順を教えてもらいました。 これが私の最初の試みです。そして、ネタバレですが、失敗しました。なぜかバンドをうまく分離できませんでした。しかし、透明な独立科学者という精神で、成功だけでなく失敗も共有することは非常に重要だと思いますので、ここに共有します... 恥ずかしながら、アガーゼリーをきれいで滑らかにすること、つまりゲルが曇らず、バンディングが見えるようにすることが、これらすべての中で最も手間のかかる部分でした。 最初に1.5gのアガー粉末を90mlと混ぜてから、マグネチックスターラーとヒーターに入れましたが、アガーの温度は60℃にしかならず、アガー粉末を完全に溶解するには十分ではありませんでした。完全に溶解するには、ほぼ沸騰させる必要があります。 電子レンジで900Wで40秒間加熱することで、アガーを90℃近くまで上げる方がはるかに速く簡単でした。アガーはどの食品店でも、またはAmazonで購入できます。基本的な調理用温度計を使って、温度に達したか確認しました。 電子レンジで40秒加熱すると、溶解に適切な温度（ここでは94℃）に達しました。 その後、マグネチックスターラーで60℃に保ちました。 その後、塩化マグネシウム六水和物2gを水98mlに溶かしたものを準備し、アガーゼリーに入れました。 混ぜて気泡を取り除きます。 そして、いくつかの試験管に入れ、冷やしました。各試験管に20gずつ入れました。 MgCLを浸した試験管を90分間休ませ、ゲルになるまで待ちました。 その後、NaOH 1gを水50mlに溶かした溶液を用意しました。これは腐食性があるので注意してください。 そして、NaOH溶液をゲル浸漬液に注ぎました。 そして、これを3本の試験管で行い、1本はそのままにしておきました。 10時間放置した結果です。ご覧のとおり、白い沈殿界面があり、これは有望です。しかし、私が切望しているバンド構造は見えません！ 参考文献 B. Chopard, M. Droz, J. Magnin, Z. Rácz, and M. Zrinyi, "Liesegang Patterns: Effect of Dissociation of the Invading Electrolyte," J. Phys. Chem. A 103 (10), 1432–1436 (1999). ACS · preprint arXiv:cond-mat/9809385。 Liesegang ring experiments and models, insilico.hu。 L. Wolpert, The Triumph of the Embryo (Oxford University Press, 1991)。 Lim Kim Seng, Lim Kim Chuah, and Yong Ding Li (illus. Dana Gardner), A Field Guide to the Birds of Malaysia, including Sabah and Sarawak (John Beaufoy Publishing). NHBS。 711 共有