Los anillos de Liesegang ( / ˈ l iː z ə ɡ ɑː ŋ / ) son un fenómeno observado en muchos, si no la mayoría, de los sistemas químicos que experimentan una reacción de precipitación bajo ciertas condiciones de concentración y en ausencia de convección . Los anillos se forman cuando se producen sales débilmente solubles a partir de la reacción de dos sustancias solubles, una de las cuales se disuelve en un medio de gel . [1] El fenómeno se ve más comúnmente como anillos en una placa de Petri o bandas en un tubo de ensayo ; sin embargo, se han observado patrones más complejos, como dislocaciones de la estructura del anillo en una placa de Petri, hélices y " anillos de Saturno " en un tubo de ensayo. [1] [2] A pesar de la investigación continua desde el redescubrimiento de los anillos en 1896, el mecanismo para la formación de anillos de Liesegang aún no está claro.
El fenómeno fue observado por primera vez en 1855 por el químico alemán Friedlieb Ferdinand Runge . Los observó en el curso de experimentos sobre la precipitación de reactivos en papel secante . [3] [4] En 1896, el químico alemán Raphael E. Liesegang notó el fenómeno cuando dejó caer una solución de nitrato de plata sobre una capa delgada de gel que contenía dicromato de potasio . Después de unas horas, se formaron anillos concéntricos afilados de dicromato de plata insoluble. Ha despertado la curiosidad de los químicos durante muchos años. Cuando se forma en un tubo de ensayo difundiendo un componente desde la parte superior, se forman capas o bandas de precipitado, en lugar de anillos.
Las reacciones se llevan a cabo normalmente en tubos de ensayo en los que se forma un gel que contiene una solución diluida de uno de los reactivos.
Si se vierte en un tubo de ensayo una solución caliente de gel de agar que también contiene una solución diluida de dicromato de potasio y, después de que el gel se solidifique, se vierte sobre el gel una solución más concentrada de nitrato de plata , el nitrato de plata comenzará a difundirse en el gel. Luego se encontrará con el dicromato de potasio y formará una región continua de precipitado en la parte superior del tubo.
Después de algunas horas, a la región continua de precipitación le sigue una región clara sin precipitado sensible, seguida de una región corta de precipitado más abajo en el tubo. Este proceso continúa hacia abajo en el tubo formando varias regiones alternas, quizás hasta un par de docenas, de anillos de gel y precipitado claros.
A lo largo de las décadas se han utilizado un gran número de reacciones de precipitación para estudiar el fenómeno, y parece bastante general. Los investigadores a veces prefieren los cromatos , hidróxidos metálicos , carbonatos y sulfuros , formados con sales de plomo, cobre, plata, mercurio y cobalto, quizás debido a los bonitos y coloridos precipitados que se forman. [5] [6]
Los geles utilizados suelen ser gelatina , agar o gel de ácido silícico .
Los rangos de concentración en los que se forman los anillos en un gel determinado para un sistema de precipitación se pueden determinar para cualquier sistema mediante un poco de experimentación empírica sistemática en unas pocas horas. A menudo, la concentración del componente en el gel de agar debe ser sustancialmente menor (quizás un orden de magnitud o más) que la que se coloca sobre el gel.
La primera característica que se suele observar es que las bandas que se forman más alejadas de la interfaz líquido-gel están generalmente más separadas. Algunos investigadores miden esta distancia y, al menos en algunos sistemas, informan de una fórmula sistemática para la distancia a la que se forman. La observación más frecuente es que la distancia que forman los anillos es proporcional a la distancia a la interfaz líquido-gel. Sin embargo, esto no es en absoluto universal y, a veces, se forman a distancias esencialmente aleatorias e irreproducibles.
Otra característica que se observa a menudo es que las bandas en sí no se mueven con el tiempo, sino que se forman en un lugar y permanecen allí.
En muchos sistemas, el precipitado que se forma no es el coagulante fino o los flóculos que se ven al mezclar las dos soluciones en ausencia del gel, sino más bien dispersiones cristalinas gruesas. A veces, los cristales están bien separados entre sí y solo se forman unos pocos en cada banda.
El precipitado que forma una banda no siempre es un compuesto insoluble binario, sino que puede ser incluso un metal puro. El vidrio soluble de densidad 1,06, que se acidifica con suficiente ácido acético para que se gelifique, con 0,05 N de sulfato de cobre en su interior, cubierto por una solución al 1 por ciento de clorhidrato de hidroxilamina, produce grandes tetraedros de cobre metálico en las bandas.
No es posible hacer ninguna afirmación general sobre el efecto de la composición del gel. Un sistema que se forma bien con un conjunto de componentes puede fallar por completo y requerir un conjunto diferente de condiciones si se cambia el gel, por ejemplo, de agar a gelatina. La característica esencial del gel requerida es que se evite por completo la convección térmica en el tubo.
La mayoría de los sistemas formarán anillos en ausencia del sistema gelificante si el experimento se lleva a cabo en un capilar, donde la convección no altera su formación. De hecho, el sistema ni siquiera tiene que ser líquido. Un tubo tapado con algodón con un poco de hidróxido de amonio en un extremo y una solución de ácido clorhídrico en el otro mostrará anillos de cloruro de amonio depositados donde se encuentran los dos gases, si las condiciones se eligen correctamente. También se ha observado la formación de anillos en vidrios sólidos que contienen una especie reducible. Por ejemplo, se han generado bandas de plata sumergiendo vidrio de silicato en AgNO3 fundido durante períodos prolongados de tiempo (Pask y Parmelee, 1943).
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Se han propuesto varias teorías diferentes para explicar la formación de los anillos de Liesegang. El químico Wilhelm Ostwald propuso en 1897 una teoría basada en la idea de que no se forma un precipitado inmediatamente cuando la concentración de iones excede un producto de solubilidad, sino que primero se produce una región de sobresaturación . Cuando se alcanza el límite de estabilidad de la sobresaturación, se forma el precipitado y se forma una región clara delante del frente de difusión porque el precipitado que está por debajo del límite de solubilidad se difunde en el precipitado. Se argumentó que esta teoría era críticamente defectuosa cuando se demostró que sembrar el gel con una dispersión coloidal del precipitado (que podría evitar cualquier región significativa de sobresaturación) no impedía la formación de los anillos. [7]
Otra teoría se centra en la adsorción de uno u otro de los iones precipitantes sobre las partículas coloidales del precipitado que se forma. Si las partículas son pequeñas, la absorción es grande, la difusión se "entorpece" y esto, de algún modo, da lugar a la formación de los anillos.
Otra propuesta, la " teoría de la coagulación ", establece que el precipitado se forma primero como una fina dispersión coloidal, que luego sufre una coagulación por un exceso de electrolito que se difunde y esto de alguna manera da como resultado la formación de los anillos.
Algunas teorías más recientes invocan un paso autocatalítico en la reacción que da lugar a la formación del precipitado, lo que parecería contradecir la idea de que las reacciones autocatalíticas son, en realidad, bastante raras en la naturaleza.
La solución de la ecuación de difusión con condiciones de contorno adecuadas y un conjunto de buenas suposiciones sobre la sobresaturación, la adsorción, la autocatálisis y la coagulación por sí solas o en alguna combinación, no se ha realizado aún, al menos de una manera que permita una comparación cuantitativa con el experimento. Sin embargo, se ha proporcionado un enfoque teórico para la ley de Matalon-Packter que predice la posición de las bandas de precipitado cuando los experimentos se realizan en un tubo de ensayo [8] .
Recientemente se ha propuesto una teoría general basada en la teoría de Ostwald de 1897. [9] Puede explicar varias características importantes que a veces se observan, como la reversión y las bandas helicoidales.
