Atklājumi.lv

e-žurnāls par zinātni, cilvēku un rītdienas tehnoloģijām

Pieslēgties Reģistrācija

Pieslēgties

Lietotājvārds *
Parole *
Atcerēties

Izveidot profilu

Fields marked with an asterisk (*) are required.
Vārds *
Lietotājvārds *
Parole *
Parole pārbaudei *
E-pasts *
E-pasts pārbaudei *
Captcha *

Mēģenē "uzplaukst" mikroskopiski minerālu "ziedi"

Mēs esam pieraduši, ka krāšņus, dabas radītus ziedus var atveidot prasmīga mākslinieka ota, zīmulis vai kalts. Tagad to spēj arī ķīmiķis - Hārvada universitātes laboratorijas mēģenē uz stikla virsmas izauguši brīnišķīgi kristālu veidojumi, kas tik ļoti atgādina ziedošu dārza dobi, ka, skatoties uz attēliem, pirmajā brīdī var pat nepamanīt atšķirību. Vēl neticamāki šie ķīmiskie ziedi šķiet tad, kad uzzinam, ka to garums mērāms nevis centimetros, bet mikronos.

Kristāliskos ziedus, vienkārši izmainot šķīduma gradientu, kopā ar kolēģiem laboratorijā izaudzēja Vims Nordains, Harvarda universitātes Inženierijas un Pielietojamo zinātņu skolas pēcdoktorantūras pētnieks. Raksts par eksperimenta rezultātiem publicēts žurnāla "Science" 17. maija numurā. Šie sīciņie, izliektie un smalkie, skulptūrām līdzīgie veidojumi nemaz neatgādina kristālus, kādus tos esam paraduši redzēt - stūrainus un asus.

"Apmēram 200 gadus cilvēku prātus ir urdījis jautājums, kā dabā rodas sarežģītas formas," saka Nordains. "Šis darbs demonstrē, kas ir iespējams, tikai izmainot vides ķīmiskās īpašības."

Kristālu nogulsnēšanās ir atkarīga no šķīdumā difuzējošu vielu reakcijām. Kristāli, atkarībā no reakciju pH līmeņa, aug, virzoties pretī vai projām no noteiktiem ķīmiskiem gradientiem. Reakciju apstākļi nosaka vai jaunveidotā struktūra attēlos platas, uz visām pusēm ejošas lapas, šauru stumbru vai ziedlapiņu rozeti.

Dabā ķīmisko gradientu ietekme uz augšanu nav nekas neparasts. Tā, piemēram, no kalcija karbonāta veidojas graciozi izliektās jūras gliemeņu čaulas, bet signālmolekulu veidotie gradienti cilvēka embrijā piedalās ķermeņa formu radīšanā. Savukārt, to, ka kolonijās dzīvojošas baktērijas var sajust savu sugas māsu izdalītās ķimikālijas un uz tām noteiktā veidā reaģēt, ir pierādījis Hārvarda universitātes biologs Hovards Bergs, kurš demonstrēja, ka tieši šie savienojumi nosaka baktēriju koloniju augšanas ģeometriskās formas.

Lai dabas vijīgās formas atveidotu laboratorijā, Nordainam vajadzēja atrast atbilstošas ķīmiskās reakcijas un vēl un vēlreiz tās izmēģināt dažādu pH līmeņu, temperatūras un gaisa ekspozīcijas laiku kombinācijās, kas varētu ietekmēr nanostruktūru veidošanos.

Attēlos redzamo rezultātu Nordaina komanda ieguva, izšķīdinot ūdenī bārija hlorīda sāli un nātrija silikātu (t.s. šķidro stiklu). Gaisā esošais oglekļa dioksīds dabīgi šķīst ūdenī, izraisot reakciju, kas sāk veidot bārija karbonāta kristālus. Kā reakcijas blakusprodukts tiešā kristālu apkārtnē tiek pazemināts skābuma līmenis, kas, savukārt, ierosina reakciju ar izšķīdušo šķidro stiklu. Šī reakcija augošajām struktūrām uzklāj silīcija kārtu, piesaista šķīdumā esošo skābi un ļauj turpināt augt bārija karbonāta kristāliem.

"Jūs patiešām varat ietekmēt pašsakārtošanās procesu," saka Nordains. Noslāņošanās notiek spontāni, taču, ja jūs vēlaties kaut ko izmainīt, panākt, lai kristāli aug tā, kā jūs gribat, nepieciešams tikai izmainīt reakciju apstākļus. Piemēram, palielinot oglekļa dioksīda daudzumu šķīdumā, var iegūt struktūras ar platām "lapām", bet, pagriežot vajadzīgā brīdī pH gradientu pretējā virzienā, radīsies izliektas, viļņoti krokotas formas.

Nordaina vadībā Harvardas ķīmiķi ir izaudzējuši kristālus gan uz stikla, gan metāla virsmām, - viņi pat ir uzplaucējuši ķīmisko ziedu pļavu prezidenta Linkolna krēsla priekšā uz viena centa monētas. "Kad tu skaties uz to visu elektronu mikroskopā," Nordains stāsta, "sajūta patiešām ir tāda, ko varētu pielīdzināt niršanai okeānā, kur skatam paveras daudzveidīgā zemūdens koraļļu rifu pasaule. Viss ir tik brīnišķīgs, ka dažreiz es, aizraujoties ar skatīšanos, pat aizmirstu uzņemt attēlus."

P.S. Attēlos redzamo "ziedu" krāsas veidojumiem piešķirtas mākslīgi, izmantojot datorgrafiku.

Avots:

sciencemag.org

© Atklajumi.lv. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.