Экспериментируя с образованием кристаллов, я обнаружил интересный эффект: в смеси, содержащей спиртовой раствор камфоры и ментола, при испарении растворителя образуются потоки и конвективные ячейки интересных форм. Практика показал, что для отчетливой визуализации данных процессов лучше всего использовать йод.

В конечном варианте опыт приобрел следующий вид: следует приготовить смесь, включающую в равных пропорциях 2% камфорный спирт, препарат «Меновазин» (содержащий раствор левоментола, бензокаина и новокаина в этаноле) и 5% спиртовой раствор йода. Все перечисленные ингредиенты обычно имеются в аптеках.

В результате получается прозрачная окрашенная смесь, некоторое время находящаяся в стабильном состоянии. Стоит отобрать ее каплю, и нанеся на предметное стекло, поместить под микроскоп, настроенный на небольшое увеличение (в 30-40 крат).

Для запуска интересующих нас процессов следует вывести систему из равновесного состояния. Проще всего это сделать, слегка подув на край капли. При этом начинается помутнение, заметное невооруженным глазом. Наведя микроскоп на данный участок, остается наблюдать бурно развивающиеся в нем процессы, постепенно смещаясь от периферии препарата к центру.

Прежде всего, происходит концентрирование йода у краев капли (1), вызывающее образование вытянутых каплевидных структур, динамически изменяющих форму. Камфора начинает кристаллизоваться, фронт кристаллизации движется к центру капли.

Навстречу, от центра к периферии наблюдается активное движение окрашенных капель, принимающих упорядоченные конфигурации — в том, числе с образованием характерных ячеистых структур (2, 3).

Ближе к центру возникают ветвящиеся «отростки» из мелких пузырьков включений, которые постепенно «обрастают» более крупными. При этом внутри больших капель наблюдается интенсивное движение темных частиц.

Окрашенные пузырьки на периферии сливаются в более крупные капли. В течение минуты система приходит в новое равновесное состояние — при этом образуется слой кристаллизовавшейся камфоры, среди которого наблюдаются отдельные крупные окрашенные пятна (4). Впоследствии капли ментола также кристаллизуются.

Полный разбор всех процессов, происходящих в данной системе являет собой непростую задачу. Первоначально смесь имеет гомогенный характер и остается в таком стоянии, пока не начинается выделение камфоры за счет испарения спирта. На кристаллизацию накладываются другие процессы: начинается расслоение дотоле устойчивой фазы, включавшей спирт, воду, ментол и производные пара-аминобензойной кислоты. При этом происходит образование каплевидных агрегатов, окрашенных йодом. Наиболее интересный момент в данном процессе заключается в том, что на определенных стадиях эти капли образуют диссипативные структуры, напоминающие конвективные ячейки Бенара, только в нашем случае возникают они не за счет разности температур.

Подводя итог, следует заключить, что наблюдаемые картины представляют собой совокупность взаимосвязанных диффузионных и адсорбционных процессов. Йод здесь действует как чувствительный индикатор, позволяющий увидеть скрытые процессы на границах раздела фаз.

Данный опыт переставляет лишь одну разновидность подобных процессов. Конструирование химических систем, порождающих визуально различимые диссипативные структуры представляет большой простор для поисковой исследовательской деятельности, и может служить подспорьем в изучении процессов самоорганизации в химических системах.

Образование конвективных ячеек в смеси с содержанием камфоры, ментола и йода