리제강 고리
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1. 개요
리제강 고리는 1855년 프리트리프 페르디난트 룽게에 의해 처음 관찰된 현상으로, 특정 조건에서 침전물이 규칙적인 간격의 고리 또는 띠 형태로 나타나는 현상이다. 1896년 라파엘 에두아르트 리제강이 질산 은 용액과 중크롬산 칼륨을 함유한 젤 층의 반응에서 이 현상을 발견하면서 널리 알려졌다. 이 현상은 확산, 과포화, 흡착, 응고, 자가 촉매 등 다양한 이론으로 설명하려 시도되었으며, spacing law와 Matalon-Packter law와 같은 규칙성을 보인다. 리제강 고리는 광물 생성 과정에서 관찰되기도 하며, 다양한 응용 분야에 대한 연구가 진행되고 있다.
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2. 역사
리제강 고리 현상은 1855년 독일의 화학자 프리트리프 페르디난트 룽게가 여과지에 시약을 침전시키는 실험 과정에서 처음 관찰했다.[3][4] 1896년 독일의 화학자 라파엘 에두아르트 리제강은 질산 은 용액을 중크롬산 칼륨을 함유한 얇은 젤 층에 떨어뜨렸을 때 이 현상을 발견했다. 몇 시간 후, 불용성 중크롬산 은의 선명한 동심원 고리가 형성되었다. 이 현상은 수년 동안 화학자들의 호기심을 자극해왔다. 시험관에서 위에서부터 한 성분을 확산시켜 형성될 경우, 고리 형태가 아닌 층이나 띠 형태의 침전물이 형성된다.
2. 1. 발견
리제강 고리 현상은 1855년 독일의 화학자 프리트리프 페르디난트 룽게가 여과지에 시약을 침전시키는 실험 과정에서 처음 관찰하였다.[3][4] 1896년, 독일의 화학자 라파엘 에두아르트 리제강은 질산 은 용액을 중크롬산 칼륨을 함유한 얇은 젤 층에 떨어뜨렸을 때 이 현상을 발견했다. 몇 시간 후, 불용성 중크롬산 은의 선명한 동심원 고리가 형성되었다. 이 현상은 수년 동안 화학자들의 호기심을 자극해왔다. 시험관에서 위에서부터 한 성분을 확산시켜 형성될 경우, 고리 형태가 아닌 층이나 띠 형태의 침전물이 형성된다.2. 2. 실험 방법의 발전
섞으면 침전을 생성하는 두 종류의 전해질 용액을 준비한다. 한 종류는 농도를 묽게 하고, 다른 한 종류는 농도를 진하게 한다. 농도가 묽은 쪽의 전해질을 겔 내부의 전해질(내부 전해질)로 하고, 농도가 진한 쪽의 전해질을 외부에서 첨가하는 전해질(외부 전해질)로 한다. 내부 전해질 용액에 겔화제를 첨가하여, 시험관이나 페트리 접시에 옮겨 겔화시킨다. 페트리 접시를 사용하는 경우에는 겔이 너무 얇거나 너무 두꺼우면 좋은 결과를 얻을 수 없다.시험관에서는 겔 위에 외부 전해질 용액을 조심스럽게 부어 넣고, 그대로 정지시킨다. 부어 넣은 전해질 용액이 겔에 침투함에 따라 겔 내에 침전이 줄무늬 모양을 그리며 생성되는 것을 관찰할 수 있다. 이 줄무늬 모양을 '''리제강 밴드'''라고 한다.
페트리 접시에서는 겔의 중앙에 외부 전해질 용액을 조심스럽게 몇 방울 떨어뜨리고 그대로 정지시킨다. 부어 넣은 전해질 용액이 겔 속을 확산함에 따라 겔 내에 침전이 동심원 모양을 그리며 생성되는 것을 관찰할 수 있다. 이 동심원을 '''리제강 링'''이라고 한다.
3. 이론적 배경
리제강 고리 현상은 산일 구조의 일종으로, 침전 생성과 이온의 확산 속도의 비선형성이 원인이 되어 발생한다. 이 현상의 정량적인 해석은 매우 어렵기 때문에, 현재까지도 결정적인 모델은 확립되지 않았다.
리제강 고리 현상이 발견된 다음 해인 1897년, 빌헬름 오스트발트는 침전의 과포화를 원인으로 보는 모델을 최초로 제안했다. 이후, 흡착 이론, 응고 이론, 자가 촉매 이론 등 여러 가지 이론들이 제시되었지만, 아직까지 실험 결과를 완벽하게 설명하는 이론은 나오지 않았다.
하지만, 시험관에서 실험을 수행할 때 침전 띠의 위치를 예측하는 Matalon-Packter 법칙에 대한 이론적 접근 방식은 제공되었다.[8] 또한, 오스트발트의 1897년 이론을 기반으로, 반전 및 나선형 밴딩과 같이 때때로 보이는 몇 가지 중요한 특징을 설명할 수 있는 일반적인 이론이 최근 제안되었다.[9]
3. 1. 과포화 이론 (오스트발트 이론)
빌헬름 오스트발트는 1897년, 이온의 농도가 용해도곱을 넘어설 때 침전이 바로 형성되지 않고 과포화 영역이 먼저 발생한다는 이론을 제안했다. 과포화 상태가 안정성의 한계에 도달하면 침전이 형성되고, 이후 침전이 용해도 한계 아래로 확산되면서 확산 전면 앞에 깨끗한 영역이 만들어진다. 그러나 젤에 침전물의 콜로이드 분산을 미리 넣으면 (과포화 영역을 막을 것으로 예상됨에도) 고리 형성이 막히지 않아 이 이론은 치명적인 결함을 갖는다고 비판받았다.[7]빌헬름 오스트발트는 리제강 현상이 발견된 다음 해인 1897년에 이 현상의 원인을 침전의 과포화로 설명하는 모델을 최초로 제시했다.
두 이온의 농도가 용해도곱으로 결정되는 한계를 넘더라도, 고체 입자가 생성될 때 계면이 형성되면서 추가적인 표면 과잉 에너지가 필요하기 때문에 침전이 즉시 생성되지 않는다. 질량 대비 과잉 에너지는 입자가 작을수록 커지므로, 새로운 고체가 석출될 때는 작은 입자가 새로 생기는 것보다 이미 생성된 입자가 커지는 것이 에너지 측면에서 유리하다.
따라서 이미 침전이 생성된 영역 근처에서는 과포화 상태여도 침전이 생성되지 않고, 이온 쌍이 이미 침전이 있는 곳으로 이동한 후 침전이 생성된다. 이로 인해 침전이 있는 부분과 없는 부분이 번갈아 나타나는 줄무늬가 생긴다고 설명한다.
최근에는 오스트발트의 1897년 이론을 바탕으로, 반전 및 나선형 밴딩과 같이 때때로 관찰되는 몇 가지 중요한 특징을 설명할 수 있는 일반적인 이론이 제안되었다.[9]
3. 2. 흡착 이론
빌헬름 오스트발트는 1897년, 이온의 농도가 용해도곱을 초과해도 침전이 즉시 형성되지 않고 과포화 영역이 먼저 발생한다는 이론을 제안했다. 과포화 상태가 안정성 한계에 도달하면 침전이 형성되고, 용해도 한계 미만의 침전은 이미 형성된 침전으로 확산되면서 확산 전선 앞에 깨끗한 영역이 생긴다. 그러나 젤에 침전물의 콜로이드 분산을 시딩하면 (과포화 영역을 방지할 것으로 추정됨에도) 고리 형성이 막히지 않아 이 이론은 치명적인 결함이 있는 것으로 밝혀졌다.[7]침전되는 이온 중 하나 또는 둘 모두가 형성되는 침전물의 콜로이드 입자에 흡착된다는 이론도 있다. 입자가 작을수록 흡착이 잘 일어나 확산이 "방해"받아 고리가 형성된다는 것이다.
"응고 이론"은 침전물이 먼저 미세한 콜로이드 분산 형태로 형성된 후, 과량의 확산 전해질에 의해 응고되어 고리가 형성된다고 주장한다.
최근의 몇몇 이론들은 침전물 형성 반응에 자가 촉매 단계가 있다고 언급한다. 하지만 자가 촉매 반응은 자연에서 매우 드물기 때문에 이 이론은 모순처럼 보인다.
적절한 경계 조건, 과포화, 흡착, 자가 촉매, 응고 등에 대한 가정을 통해 확산 방정식을 풀어도 실험과 정량적으로 비교 가능한 결과는 얻을 수 없었다. 그러나 시험관 실험에서 침전 띠의 위치를 예측하는 Matalon-Packter 법칙에 대한 이론적 접근은 제공되었다.[8]
최근에는 오스트발트의 1897년 이론을 기반으로 한 일반 이론이 제안되었다.[9] 이 이론은 반전, 나선형 밴딩 등 때때로 관찰되는 중요한 특징들을 설명할 수 있다.
리제강 현상은 산일 구조의 일종으로, 침전 생성과 이온 확산 속도의 비선형성 때문에 발생한다. 정량적 해석이 어려워 현재까지 결정적인 모델은 확립되지 않았다.
1897년 빌헬름 오스트발트는 리제강 현상의 원인을 침전의 과포화로 보는 모델을 처음 제안했다. 그는 두 이온의 농도가 용해도곱 한계를 넘더라도, 고체 입자 생성 시 계면에서 발생하는 과잉 표면 에너지 때문에 즉시 침전이 생기지 않는다고 설명했다. 작은 입자일수록 질량당 과잉 에너지가 커서, 새로운 작은 입자 생성보다 이미 생성된 입자가 성장하는 것이 에너지적으로 유리하다. 따라서 이미 침전이 생성된 영역 근처에서는 과포화 상태여도 침전이 생기지 않고, 이온 쌍이 이미 침전된 곳으로 이동하여 침전이 성장하면서 침전 영역과 비침전 영역의 줄무늬가 생긴다고 보았다.
3. 3. 응고 이론
빌헬름 오스트발트는 1897년, 이온의 농도가 용해도곱을 초과해도 침전이 즉시 형성되지 않고 과포화 영역이 먼저 발생한다는 이론을 제안했다. 과포화의 안정성 한계에 도달하면 침전이 형성되고, 용해도 한계 미만의 침전은 침전으로 확산되면서 확산 전선 앞에 깨끗한 영역이 생긴다. 그러나 젤에 침전물의 콜로이드 분산을 시딩하면 고리 형성이 막히지 않아 이 이론은 치명적인 결함이 있는 것으로 밝혀졌다.[7]다른 이론은 침전되는 이온 중 하나가 형성되는 침전물의 콜로이드 입자에 흡착되는 것에 주목한다. 입자가 작을수록 흡착이 커져 확산이 "방해"되고, 이로 인해 고리가 형성된다는 것이다.
"응고 이론"은 침전물이 먼저 미세한 콜로이드 분산으로 형성된 후, 과량의 확산 전해질에 의해 응고되어 고리가 형성된다고 주장한다.
최근의 몇몇 이론들은 침전물 형성을 유발하는 반응에서 자가 촉매 단계를 언급한다. 하지만 자가 촉매 반응은 자연에서 매우 드물기 때문에 이 개념은 모순된다는 지적도 있다.
과포화, 흡착, 자가 촉매, 응고 등에 대한 적절한 경계 조건과 가정을 사용해도 확산 방정식의 해는 단독으로, 또는 일부 조합으로도 실험과 정량적 비교가 가능할 정도로 수행되지 않았다. 그러나 시험관 실험에서 침전 띠의 위치를 예측하는 Matalon-Packter 법칙에 대한 이론적 접근 방식은 제공되었다.[8]
최근에는 오스트발트의 1897년 이론을 기반으로 한 일반 이론이 제안되었다.[9] 이 이론은 반전 및 나선형 밴딩과 같이 때때로 관찰되는 몇 가지 중요한 특징들을 설명할 수 있다.
리제강 현상은 산일 구조의 일종으로, 침전 생성과 이온 확산 속도의 비선형성 때문에 발생한다. 이 때문에 현상의 정량적 해석은 어렵고, 현재까지도 결정적인 모델은 확립되지 않았다.
1897년 빌헬름 오스트발트는 리제강 현상의 원인을 침전의 과포화로 보는 모델을 최초로 제안했다. 그는 침전을 만드는 두 이온의 농도가 용해도곱으로 정해지는 한계를 넘더라도 즉시 침전이 생기지 않는다고 설명했다. 고체 입자가 생성될 때는 계면이 생겨 여분의 표면 과잉 에너지가 필요하며, 질량당 과잉 에너지는 입자가 작을수록 커진다. 따라서 고체가 새로 석출될 때는 작은 입자가 새로 생기는 것보다 이미 생성된 입자가 성장하는 것이 에너지적으로 유리하다.
결과적으로, 이미 침전이 생성된 영역 근처에서는 과포화 상태여도 침전이 생기지 않고, 이온 쌍이 이미 침전이 있는 곳으로 이동한 후 침전이 생성된다. 이로 인해 침전이 있는 부분과 없는 부분이 줄무늬처럼 나타난다고 오스트발트는 설명했다.
3. 4. 자가 촉매 이론
빌헬름 오스트발트는 1897년, 리제강 고리 형성에 대한 이론을 제안했다. 이 이론은 용해도곱을 초과하는 이온 농도에서 침전이 바로 형성되지 않고, 과포화 영역이 먼저 발생한다는 아이디어에 기반한다. 과포화의 안정성 한계에 도달하면 침전이 형성되고, 용해도 한계 미만의 침전이 침전으로 확산되면서 확산 전선 앞에 깨끗한 영역이 생긴다. 그러나 이 이론은 젤에 침전물의 콜로이드 분산을 시딩하면 고리 형성을 막지 못한다는 점에서 치명적인 결함이 있는 것으로 밝혀졌다.[7]또 다른 이론은 침전되는 이온 중 하나 또는 다른 하나가 형성되는 침전물의 콜로이드 입자에 흡착되는 것에 초점을 맞춘다. 입자가 작을수록 흡수가 커져 확산이 "방해"되고, 이로 인해 고리가 형성된다는 것이다.
"응고 이론"은 침전물이 먼저 미세한 콜로이드 분산으로 형성된 후 과량의 확산 전해질에 의해 응고되어 고리가 형성된다고 제안한다.
최근의 몇몇 이론은 침전물 형성을 초래하는 반응에서 자가 촉매 단계를 언급한다. 그러나 이는 자가 촉매 반응이 실제로 자연에서 매우 드물다는 점과 모순되는 것처럼 보인다.
적절한 경계 조건과 과포화, 흡착, 자가 촉매, 응고에 대한 가정을 사용하여 확산 방정식을 풀어도 실험과 정량적 비교가 가능한 결과를 얻지 못했다. 그러나 시험관 실험에서 침전 띠의 위치를 예측하는 Matalon-Packter 법칙에 대한 이론적 접근 방식은 제공되었다.[8]
최근에는 오스트발트의 1897년 이론을 기반으로 한 일반적인 이론이 제안되었다.[9] 이 이론은 반전 및 나선형 밴딩과 같이 때때로 관찰되는 몇 가지 중요한 특징을 설명할 수 있다.
리제강 현상은 산일 구조의 일종으로, 침전 생성과 이온의 확산 속도의 비선형성 때문에 발생한다. 따라서 현상의 정량적인 해석은 어렵고, 현재까지 결정적인 모델은 확립되지 않았다.
1897년에 빌헬름 오스트발트는 현상의 원인을 침전의 과포화로 보는 모델을 처음으로 제안했다. 침전을 만드는 두 이온의 농도가 용해도곱으로 정해지는 한계를 넘더라도 즉시 침전이 생기지는 않는다. 고체 입자가 생성될 때는 계면이 생기므로, 여분의 표면 과잉 에너지가 필요하기 때문이다. 질량당 과잉 에너지는 입자가 작을수록 커지므로, 고체가 새롭게 석출될 때는 새로 작은 입자가 생기는 것보다 이미 생성된 입자가 크게 성장하는 것이 에너지적으로 유리하다. 그 결과 근처에 침전이 이미 생성된 영역이 있는 경우에는 과포화가 되어도 침전이 생기지 않고, 이미 침전이 있는 곳으로 이온 쌍이 이동한 후에 침전이 생성되면서, 침전이 있는 부분과 없는 부분의 줄무늬가 생긴다고 설명한다.
3. 5. Matalon-Packter 법칙
리제강 고리의 형성을 설명하기 위해 여러 가지 이론이 제안되었다. 1897년, 화학자 빌헬름 오스트발트는 용해도곱을 초과하는 이온 농도에서 침전이 즉시 형성되지 않고, 먼저 과포화 영역이 발생한다는 아이디어를 기반으로 한 이론을 제안했다. 과포화의 안정성 한계에 도달하면 침전이 형성되고, 용해도 한계 미만의 침전이 침전으로 확산되기 때문에 확산 전선 앞에서 깨끗한 영역이 형성된다. 그러나 이 이론은 젤에 침전물의 콜로이드 분산을 시딩하면 고리 형성을 막지 못한다는 점에서 치명적인 결함이 있는 것으로 밝혀졌다.[7]또 다른 이론은 침전되는 이온 중 하나 또는 다른 하나가 형성되는 침전물의 콜로이드 입자에 흡착되는 것에 초점을 맞춘다. 입자가 작으면 흡수가 커지고 확산이 "방해"되어 고리가 형성된다는 것이다.
"응고 이론"은 침전물이 먼저 미세한 콜로이드 분산으로 형성된 다음 과량의 확산 전해질에 의해 응고되어 고리가 형성된다고 제안한다.
더 최근의 몇몇 이론은 침전물 형성을 초래하는 반응에서 자가 촉매 단계를 언급한다. 그러나 이는 자가 촉매 반응이 실제로는 매우 드물다는 개념과 모순되는 것처럼 보인다.
적절한 경계 조건과 과포화, 흡착, 자가 촉매, 응고에 대한 가정을 사용하여 확산 방정식의 해를 구하는 것은 아직 이루어지지 않았다. 그러나 시험관에서 실험을 수행할 때 침전 띠의 위치를 예측하는 마탈론-팩터 법칙(Matalon-Packter law)에 대한 이론적 접근 방식은 제공되었다.[8]
오스트발트의 1897년 이론을 기반으로 한 일반적인 이론이 최근 제안되었으며,[9] 반전 및 나선형 밴딩과 같이 때때로 보이는 몇 가지 중요한 특징을 설명할 수 있다.
리제강 현상에는 몇 가지 규칙성이 있는 것으로 알려져 있는데, 그 중 ''n''번째 밴드가 생기기 시작하는 위치 ''xn''는 등비수열이 된다. 즉 ''x''''n''+1/''xn'' = ''p'' (''p''는 상수)이다. 이는 간격 법칙(spacing law)라고 불린다.
또한, ''p''에 대해서는 내부 전해질의 농도 ''c''in와 외부 전해질 ''c''ex의 농도에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다. 그 식은 ''p'' = ''f''(''c''in) + ''g''(''c''in)/''c''ex 형태로 나타낸다(''f'', ''g''는 ''c''in의 함수). 이를 마탈론-팩터 법칙(Matalon-Packter law)라고 한다.
4. 규칙성
리제강 현상에는 몇 가지 규칙성이 있는 것으로 알려져 있다.
첫째로, 각 밴드(또는 링, 이하 같음)가 생기기 시작하는 위치에 관한 규칙성이 있다. ''n''번째 밴드가 생기는 위치 ''xn''는 등비수열이 된다. 즉, ''x''''n''+1/''xn'' = ''p'' (''p''는 상수)이다. 이는 간격 법칙(spacing law)라고 불린다.
둘째로, 각 밴드가 생기기 시작하는 시간에 관한 규칙성이 있다. ''n''번째 밴드가 생기기 시작하는 시간 ''tn''는 밴드의 위치 ''xn''의 제곱에 비례한다. 즉, ''tn'' = ''qxn''2 (''q''는 상수)이다. 이는 시간 법칙(time law)라고 불린다.
셋째로, 각 밴드의 폭에 관한 규칙성이 있다. ''n''번째 밴드의 폭 ''wn''는 밴드의 위치 ''xn''에 비례한다. 즉, ''wn'' = ''rxn'' (''r''는 상수)이다. 이는 폭 법칙(width law)라고 불린다.
또한, ''p''는 내부 전해질의 농도 ''c''in와 외부 전해질 ''c''ex의 농도에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다. 그 식은 ''p'' = ''f''(''c''in) + ''g''(''c''in)/''c''ex 형태로 나타낸다(''f'', ''g''는 ''c''in의 함수). 이를 마탈론-팩터 법칙(Matalon-Packter law)라고 한다. 또한 ''r''는 ''p''의 0.9–0.95제곱으로 나타낸다.
5. 다양한 관찰
리제강 고리 현상은 다양한 조건에서 관찰되어 왔다.
대부분의 시스템에서 형성되는 침전물은 젤이 없는 상태에서 두 용액을 혼합할 때 보이는 미세한 응고제나 플록(floc)이 아니라, 조잡한 결정 분산물이다. 때때로 결정들은 서로 잘 분리되어 있고 각 띠에 소수만 형성된다.[5][6]
띠를 형성하는 침전물이 항상 이원 불용성 화합물인 것은 아니며, 순수한 금속일 수도 있다. 예를 들어, 0.05 N 황산구리가 포함된 1.06 g/cm3 밀도의 물유리에 충분한 아세트산을 넣어 젤을 만들고, 1% 염산히드록실아민 용액으로 덮으면 띠에서 금속 구리의 큰 사면체가 생성된다.[5][6]
젤 조성의 효과에 대해 일반적인 결론을 내리기는 어렵다. 특정 구성 요소 조합에서 잘 형성되는 시스템이라도 젤을 한천에서 젤라틴으로 바꾸면 완전히 실패하고 다른 조건이 필요할 수 있다. 젤의 필수적인 특징은 튜브 내의 열 대류가 완전히 방지되어야 한다는 것이다.[5][6]
대류가 형성을 방해하지 않는 모세관에서 실험을 수행하면 대부분의 시스템은 겔화 시스템 없이도 고리를 형성한다. 실제로 시스템은 액체일 필요조차 없다. 한쪽 끝에 약간의 수산화 암모늄이 있고 다른 쪽 끝에 염산 용액이 있는 솜으로 막힌 튜브는 조건이 올바르게 선택되면 두 가스가 만나는 곳에 염화 암모늄 침전 고리를 보여준다. 고리 형성은 환원 가능한 종을 포함하는 고체 유리에서도 관찰되었다. 예를 들어, 규산염 유리를 용융 AgNO3에 장기간 담가 은 띠를 생성한 사례가 보고되었다.[5][6]
5. 1. 일반적인 관찰
리제강 고리 반응은 대개 시험관에서 수행되며, 반응물 중 하나의 희석 용액을 포함하는 젤이 시험관 내에 형성된다. 아가 젤의 뜨거운 용액에 중크롬산 칼륨의 희석 용액을 넣어 시험관에 붓고, 젤이 굳어진 후 더 농축된 질산 은 용액을 젤 위에 부으면 질산 은이 젤로 확산되기 시작한다. 그러면 중크롬산 칼륨과 만나 시험관 상단에 연속적인 침전 영역을 형성하게 된다.[5][6]
몇 시간 후, 연속적인 침전 영역 다음에는 뚜렷한 침전이 없는 투명한 영역이 나타나고, 그 다음에는 시험관 아래쪽에 짧은 침전 영역이 나타난다. 이 과정은 시험관 아래로 계속 진행되어, 맑은 젤과 침전 고리 영역이 번갈아 나타나는 현상이 수십 번 반복될 수 있다.[5][6]
수십 년 동안 이 현상을 연구하기 위해 엄청난 수의 침전 반응이 사용되었으며, 이는 매우 일반적인 것으로 보인다. 크로메이트, 금속 수산화물, 탄산염, 그리고 납, 구리, 은, 수은, 코발트 염으로 형성된 황화물은 때때로 조사자들이 선호하는데, 이는 예쁘고 색깔 있는 침전물이 형성되기 때문일 것이다.[5][6]
주로 사용되는 젤은 젤라틴, 한천, 규산 젤이다.[5][6]
특정 젤에서 침전 시스템에 대해 고리가 형성되는 농도 범위는 몇 시간 동안의 체계적인 경험적 실험을 통해 일반적으로 파악할 수 있다. 종종 한천 젤 구성 요소의 농도는 젤 위에 놓인 용액보다 상당히 덜 농축되어야 한다(아마도 한 자릿수 이상).[5][6]
가장 먼저 주목되는 특징은 액체-젤 경계면에서 멀리 떨어진 곳에 형성되는 띠가 일반적으로 더 멀리 떨어져 있다는 것이다. 일부 조사자들은 이 거리를 측정하고, 적어도 일부 시스템에서는 띠가 형성되는 거리에 대한 체계적인 공식을 보고한다. 가장 빈번하게 관찰되는 것은 고리가 형성되는 거리가 액체-젤 경계면으로부터의 거리에 비례한다는 것이다. 그러나 이는 보편적인 현상은 아니며, 때로는 본질적으로 무작위적이고 재현 불가능한 거리에서 형성되기도 한다.[5][6]
자주 언급되는 또 다른 특징은 띠 자체가 시간에 따라 움직이지 않고 제자리에서 형성되어 거기에 머문다는 것이다.[5][6]
대부분의 시스템에서 형성되는 침전물은 젤이 없는 상태에서 두 용액을 혼합할 때 나타나는 미세한 응고제나 플록(floc)이 아니라, 조잡한 결정 분산물이다. 때때로 결정들은 서로 잘 분리되어 있으며, 각 띠에는 소수의 결정만이 형성된다.[5][6]
띠를 형성하는 침전물이 항상 이원 불용성 화합물인 것은 아니며, 순수한 금속일 수도 있다. 예를 들어, 0.05 N 황산구리가 포함된 1.06 g/cm3 밀도의 물유리에 충분한 아세트산을 넣어 젤을 만들고, 1% 염산히드록실아민 용액으로 덮으면 띠에서 금속 구리의 큰 사면체가 생성된다.[5][6]
젤 조성의 효과에 대해 일반적인 결론을 내리기는 어렵다. 특정 구성 요소 조합에서 잘 형성되는 시스템이라도 젤을 한천에서 젤라틴으로 바꾸면 완전히 실패하고 다른 조건이 필요할 수 있다. 젤의 필수적인 특징은 튜브 내의 열 대류가 완전히 방지되어야 한다는 것이다.[5][6]
대류가 형성을 방해하지 않는 모세관에서 실험을 수행하면 대부분의 시스템은 겔화 시스템 없이도 고리를 형성한다. 실제로 시스템은 액체일 필요조차 없다. 한쪽 끝에 약간의 수산화 암모늄이 있고 다른 쪽 끝에 염산 용액이 있는 솜으로 막힌 튜브는 조건이 올바르게 선택되면 두 가스가 만나는 곳에 염화 암모늄 침전 고리를 보여준다. 고리 형성은 환원 가능한 종을 포함하는 고체 유리에서도 관찰되었다. 예를 들어, 규산염 유리를 용융 AgNO3에 장기간 담가 은 띠를 생성한 사례가 보고되었다(Pask and Parmelee, 1943).[5][6]
5. 2. 특이한 관찰
수십 년 동안 이 현상을 연구하기 위해 엄청난 수의 침전 반응이 사용되었으며, 이는 매우 일반적인 것으로 보인다. 크로메이트, 금속 수산화물, 탄산염, 그리고 납, 구리, 은, 수은, 코발트 염으로 형성된 황화물은 때때로 조사자들에게 선호되는데, 아마도 예쁘고 색깔 있는 침전물이 형성되기 때문일 것이다.[5][6]사용되는 젤은 보통 젤라틴, 한천 또는 규산 젤이다.
침전 시스템에 대해 주어진 젤에서 고리가 형성되는 농도 범위는 몇 시간 동안의 약간의 체계적인 경험적 실험을 통해 일반적으로 찾을 수 있다. 종종 한천 젤의 구성 요소의 농도는 젤 위에 놓인 것보다 실질적으로 덜 농축되어야 한다(아마도 한 자릿수 이상).
가장 먼저 주목되는 특징은 액체-젤 인터페이스에서 멀리 떨어진 곳에 형성되는 띠가 일반적으로 더 멀리 떨어져 있다는 것이다. 일부 조사자들은 이 거리를 측정하고, 적어도 일부 시스템에서는 그들이 형성되는 거리에 대한 체계적인 공식을 보고한다. 가장 빈번한 관찰은 고리가 형성되는 거리가 액체-젤 인터페이스로부터의 거리에 비례한다는 것이다. 그러나 이것은 결코 보편적인 것은 아니며, 때로는 본질적으로 무작위적이고 재현 불가능한 거리에서 형성되기도 한다.
자주 언급되는 또 다른 특징은 띠 자체가 시간에 따라 움직이지 않고 제자리에서 형성되어 거기에 머문다는 것이다.
매우 많은 시스템에서 형성되는 침전물은 젤이 없는 상태에서 두 용액을 혼합할 때 보이는 미세한 응고제나 플록이 아니라 오히려 조잡한 결정 분산물이다. 때때로 결정들은 서로 잘 분리되어 있고 각 띠에 소수만 형성된다.
띠를 형성하는 침전물은 항상 이원 불용성 화합물이 아니라 순수한 금속일 수도 있다. 0.05 N 황산구리가 포함된 1.06 밀도의 물유리에 충분한 아세트산을 넣어 젤을 만들고, 1% 염산히드록실아민 용액으로 덮으면 띠에서 금속 구리의 큰 사면체가 생성된다.
젤의 조성에 대한 효과에 대해 어떤 일반적인 진술도 할 수 없다. 한 세트의 구성 요소에 대해 잘 형성되는 시스템은 젤을 한천에서 젤라틴으로 바꾸는 경우 완전히 실패하고 다른 조건 세트가 필요할 수 있다. 필요한 젤의 필수적인 특징은 튜브 내의 열 대류가 완전히 방지되어야 한다는 것이다.
대류가 그들의 형성을 방해하지 않는 모세관에서 실험을 수행하면 대부분의 시스템은 겔화 시스템이 없는 상태에서도 고리를 형성할 것이다. 실제로 시스템은 액체일 필요조차 없다. 한쪽 끝에 약간의 수산화 암모늄이 있고 다른 쪽 끝에 염산 용액이 있는 솜으로 막힌 튜브는 조건이 올바르게 선택되면 두 가스가 만나는 곳에 염화 암모늄이 침전된 고리를 보여줄 것이다. 고리 형성은 또한 환원 가능한 종을 포함하는 고체 유리에서도 관찰되었다. 예를 들어, 규산염 유리를 용융 AgNO3에 장기간 담금으로써 은 띠가 생성되었다(Pask and Parmelee, 1943).
6. 응용 및 확장
리제강 고리는 여러 분야에서 응용 및 확장되어 연구되고 있다.
6. 1. 광물학
마노 등의 광물에서 종종 보이는 줄무늬는 광물이 열수로부터 석출되는 과정에서 리제강 현상이 일어난 것으로 여겨진다.참조
[1]
간행물
Complexity of precipitation patterns: Comparison of simulation with experiment
1994
[2]
간행물
Further Studies in Periodic Precipitation
1930
[3]
서적
Crystals in Gels and Liesegang Rings
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1988
[4]
서적
Der Bildungstrieb der Stoffe : veranschaulicht in selbstständig gewachsenen Bildern (Fortsetzung der Musterbilder)
https://archive.org/[...]
Oranienburg : Selvstverlag : Zu haben in Mittler's Sortiments-Buchhandlung, in Berlin, Stechbahn No. 3
2015-05-31
[5]
간행물
An Interesting Student Chemistry Project: Investigating Liesegang Rings
1988-04
[6]
간행물
Liesegang Rings of Copper Chromate in Gelatin Gel
1966-03
[7]
서적
Handbook of Solid State Chemistry Volume 1: Materials and Structure of Solids
https://books.google[...]
Wiley-VCH
2017-08
[8]
간행물
Derivation of the Matalon-Packter law for Liesegang patterns
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1998
[9]
웹사이트
The Liesegang phenomenon - The IDNB model of Liesegang rings
http://www.insilico.[...]
2023-01-24
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