Bruno C. Barista and Oliver Steinbock
Chem. Commun. 2015, Advanced Article DOI: 10.1039/c5cc04724b

 ☆「化学の植物園」の作り方
タイトルのChemical gardenという言葉を見かけて,それは一体どのようなものだろうかと興味を持ったので,取り上げることにしました.Silica gardenという言い方もあり,本来は核となる小さな塩の粒を,ケイ酸塩溶液(いわゆる水ガラス)に置くことよって得られる,植物のような形をした構造体を意味しています.銅,鉄,ニッケル,コバルトなど各種の遷移金属塩を用いることで,色とりどりの枝を成長させることもできます.


ケミカルガーデンのタイムラプス動画

近年ではもっぱら教育目的で作られることが多いそうですが,コロイドと溶液における沈殿やゲル膜透過などの現象として追うことによって金属の腐食やセメントの加水などについての理解が深まるため,工業的な意義もあるといいます.

この論文では種々の金属イオンと水酸化ナトリウムを反応させることで,ケイ酸塩がなくてもChemical gardenを作製することができるという新たな知見を報告しています. 作製方法はいたってシンプルで,金属塩の溶液に水酸化ナトリウム溶液を細いテフロンチューブから一定流速で上向きにインジェクトするだけです.

本研究で作成されたチューブ状の金属水酸化物の構造体のいくつかの例のイラストを下に示しました.なかでも詳しくは説明されていませんが,バナジウムについて振動現象(溶解と成長を繰り返す)が観察されているのは特に興味深いことだと思いました.ただし,全体的に成長の反応過程について流速を変化させたり溶解度を考慮するなどして評価を試みているものの,なかなかすっきりとした系統的な結論には至っていないようです.

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理解するのは容易でない反応によって作られる構造体ではありますが,以下に挙げた参考文献にも多種多様(一種異様?)なChemical gardenの色とりどりの写真が掲載されています.安価に入手できる一般的な試薬ばかりを使った実験ですし,日頃つい忘れそうになる化学ならではの遊び心を思い出させてくれます.

<参考>
L. M. Barge, et al., Chem. Rev. 2015, DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00014.
J. H. E. Cartwright et al., Langmuir, 2011, 27, 3286-3293.