Chemische Tuin

Datum: augustus 2002

Principe:

Silicaatkristallen van verschillende metaalzouten in waterglas.

Materiaal:

  • Zinkchloride (ZnCl2)
  • Nikkelnitraat (Ni(NO3)2.6H2O)
  • Kopersulfaat (CuSO4.5H2O)
  • AmmoniumCeriumNitraat [(NH4)2Ce(NO3)4]
  • Barium hydroxide (Ba(OH)2)
  • Cobaltnitraat (Co(NO3)2.6H2O)
  • Kalium hexacyanoferraat (K3Fe(CN)6)

Uitvoering:

  • Vul de pot voor de helft met water
  • Voeg een gelijke hoeveelheid waterglas toe
  • Meng goed en laat even staan
  • Laat kristalletjes van de verschillende zouten in de oplossing vallen en observeer.
  • Maak regelmatig een foto

Resultaat:

  • Al heel snel beginnen de kristalletjes naar boven te groeien, ze vormen na verloop van tijd een heel mooie tuin.

  • Niet alle kristallen die we toegevoegd hebben gaan echter groeien.

21:46 u 22:01 u
 23:19 u een dag later

Discussie en conclusie:

Dit is een klassiek demonstratie experiment.

Een collo´daal semi-permeabel membraan vormt zich rond elk zout. Water dringt deze 'zak' binnen waarbij de geconcentreerde oplossing verdund wordt. De 'zak' breekt naar boven open aangezien de waterdruk van de zijkanten groter is dan van boven. Er stroomt dus weer zout naar buiten; dit vormt weer een blaasje; het water stroomt in het blaasje enz. De groei is daarom omhoog en een kristal kan uitgroeien tot een boom of een struik. De kleuren die gevormd worden zijn blauw (koper of kobalt), rood-bruin (ijzer), groen (nikkel), wit (zink).

Voor b.v. Kopersulfaat betekent dit:

CuSO4 + Na2SiO3 --> Na2SO4 + CuSiO3(i)

Voor ijzer betekent dit:

2 Fe3+  + 3 SiO32-  <=> Fe2(SiO3)3(i)

Het Kalium hexacyanoferraat dat we toegevoegd hebben leidt echter niet tot groei van de kristallen. De verklaring daarvoor is relatief eenvoudig. In oplossing hebben we niet te maken met Fe3+ ionen maar met het Fe(CN)63- complex ionen die een negatieve lading hebben. Met Ijzerchloride of IJzernitraat zou het dus wel moeten lukken.

Opmerkingen:

  • Hoe gekleurder de zouten hoe mooier het resultaat.

  • Gelijke hoeveelheden waterglas en water mengen is de makkelijkste manier. Beter is het om een mengsel met een dichtheid van 1.1 g/ml te maken (1 deel waterglas op drie delen water).

  • Als de oplossing na enkele dagen troebel wordt kan ze weer helder gemaakt worden door de vloeistof heel voorzichtig te verwijderen en te vervangen met water. De tuin is echter zeer fragiel dus dit is een lastige operatie.

  • Een iets andere verklaring luidt dat binnen het membraan de dichtheid lager is dan het omringende medium hetgeen veroorzaakt wordt door de flow van het water binnen het membraan. Deze lagere dichtheid zorgt ervoor dat het kristal omhoog groeit.

Literatuur:

  • Donald B. Phillips; ''A Very Rapidly Growing Silicate Crystal" ; Journal of Chemical Education;65(5) 1988; p. 453,454.
  • Chemical Magic; Leonard A. Ford; 1993; p. 77-78.
  • Scheikundige proeven die slagen; Dr. H. Rompp; 1943; p 159-161.
  • H.W. Roesky; "Chemische Kabinettstucke (Teil 1)"; Kontakte (Darmstadt); 1984 (1); p 23.
  • Ruud Baars; "Chemische Tuin"; DJO; 1 1976; p. 18.
  • T.v.D.; "Maak zelf een chemische tuin"; DJO; 3 1973; p. 14,15.
  • Natafelen met Archimedes; Kenneth. M. Sweezey; Alpha; 1950; blz. 49-50.
  • Jongens en Scheikunde; J.C. Alders; Thieme; 3de druk; 1941; blz. 27,28.

Relevante websites:

Achtergrondinformatie:

Een iets meer gedetailleerde verklaring:
De metaal silicaten vormen permeabele oppervlaktes rond de kristallen en laten de mogelijkheid toe dat osmose optreedt. Aangezien aan de binnenkant van het membraan dat gevormd is door de silicaten de zoutconcentratie hoger is dan aan de buitenant vindt er diffusie van watermoleculen in de "zak" plaats waardoor de osmotische druk in de zak snel toeneemt. Door die hoge osmotische druk kan de zak openbreken waardoor de geconcentreerde zoutoplossing naar buiten stroomt waar zich weer een permeabel membraan vormt. Dit proces blijft zich dan herhalen.

Volgens Alders (4de druk, p. 26) worden de volgende kleuren geproduceerd bij een bepaald zout.

Zout Formule Kleur
Nikkelsulfaat NiSO4.7H2O groen
Kobaltsulfaat CoSO4.7H2O rood
Tinsulfaat SnSO4 wit
Kopersulfaat CuSO4.5H2O blauw
IJzersulfaat FeSO4.7H2O groen
Mangaansulfaat MnSO4.4H2O roze
Loodnitraat Pb(NO3)2 wit
IJzerchloride FeCl3 bruin

18-01-2017