De Chemische tuin

1. Benodigdheden:

2. Werkwijze:

- om het verschil in groeisnelheid te demonstreren worden enkele bekerglazen van 400 ml met de verdunde   natriumsilicaatoplossing gevuld.
  In elk van de bekerglazen worden kristallen van een verschillend metaalzout toegevoegd.
  De groeisnelheid wordt geobserveerd.

Osmose is een bekend verschijnsel in biologische systemen. Water kan doorheen een semipermeabele (=halfdoorlaatbare ) celwand dringen om over te gaan van een gebied met een lage concentratie opgeloste zouten naar een gebied met een hoge concentratie aan zouten. Ook bij anorganische systemen kan osmose optreden. We zullen dit visualiseren aan de hand van een opmerkelijke demonstratieproef, namelijk het groeien van een "chemische tuin". In een chemische tuin vormen gekleurde metaalzouten in een waterige natriumsilicaatoplossing snelgroeiende uitlopers, die doen denken aan stagmieten in een onderaardse grot. Een waterige natriumsilicaatoplossing is ook bekend onder de benaming "waterglas" en werd in grootmoeders tijd gebruikt voor het bewaren van eieren. Een ander toepassing is het onbrandbaar maken van hout door het te drenken in waterglas. Ook kan van waterglas lijm gemaakt worden.

Een geconcentreerde oplossing van natriumsilicaat wordt verdund met een drievoudige hoeveelheid water. De oplossing wordt door roeren homogeen gemaakt en er worden gekleurde metaalzouten aan toegevoegd. Zo gauw als de kristallen van de metaalzouten met de waterige oplossing vin natriumsilicaat in aanraking komen, lossen ze gedeeltelijk op. Hierop volgt een onmiddellijke neerslagvorming van metaalsilicaten. Deze metaalsilicaten vormen een dun vlies. Aan de buitenkant van dit vlies bevindt zich de natriumsilicaatoplossing en aan de binnenkant rondom de kristalletjes een geconcentreerde oplossing van metaalionen. Door osmose zal er water in het membraan binnendringen. Water kan immers migreren van een gebied met een lage concentratie aan metaalzouten naar een gebied met een hoge zoutconcentratie. De osmotische druk binnenin het membraan stijgt geleidelijk tot het membraan uiteindelijk barst. De opgeloste metaalionen komen opnieuw met de silicaationen in contact. waardoor er een nieuw vlies gevormd wordt. De cyclus kan herbeginnen. Telkens het vlies openbarst, worden de uitlopers een beetje langer. De groeisnelheid is van het metaalion afhankelijk. Zo groeien de uitlopers van driewaardig ijzer en tweewaardig mangaan veel sneller dan die van tweewaardig koper. Snel groeiende uitlopers zijn echter brozer dan traaggroeiende uitlopers, omdat het membraan bij de snelgroeiende uitlopers dunner is.

We kunnen met behulp van zouten van verschillende metalen een echte chemische tuin maken. Op de bodem van een aquarium brengen we een laag wit zand aan. Hierop strooien we kristallen van gekleurde metaalzouten Calciumzouten zijn wit, mangaanzouten roze, koperzouten blauw of groen, nikkelzouten zijn groen, ijzerzouten bruin of groen en kobaltzouten donkerroze. Vervolgens gieten we de verdunde natriumsilicaatoplossing voozichtig in de aquarium en zorgen ervoor dat de bodemlaag niet omgeroerd wordt. Vrij snel zien we de eerste uitlopers groeien. Na een uurtje staat onze chemische tuin in volle bloei.