Voor chemici die niet goed met planten om kunnen gaan, maar wél graag een mooi tuintje zouden willen hebben, is chemisch tuinieren wellicht een optie. Met een ‘waterglas’-oplossing (natriumsilicaat) en wat metaalzouten kun je prachtige tuinen creëren in een bekerglas.

Dimitra Spanoudaki van de Vrije Universiteit Brussel en Eleni Pavlidou en Dimitra Sazou van de Aristoteles Universiteit van Thessaloniki wilden het wat spannender maken. Letterlijk, want ze vroegen zich af of je ook op een elektrochemische manier zulke structuren kunt vormen.

De onderzoekers gingen te werk met een zink-schijfelektrode in een zwavelzuuroplossing met een platina-tegenelektrode. Zet je een spanning op die zinkelektrode, dan volgt het elektronisch ontbinden van het metaal. Eerst vormt zich opgelost zinksulfaat, geadsorbeerd aan de elektrode ([ZnHSO₄]_ads). Vervolgens protoneert de zure omgeving het zinksulfaat tot [ZnHSO₄H⁺]_ads. Afhankelijk van het potentiaal ontstaan ofwel losse zink- en sulfaationen in oplossing of het [ZnHSO₄H⁺]_ads slaat neer tot het vaste, gehydrateerde zout ZnSO₄∙nH₂O.

Als het ZnSO₄ is neergeslagen, vormt de neerslag uiteindelijk microstaafjes van zo’n 5 µm lang. Dat gaat als volgt: de neerslag fungeert als een bipolair diffusiemembraan tussen de zwavelzuuroplossing en de schijfelektrode. Door convectie en het ontstaan van waterstofbubbels op de schijf krijg je openingen in het membraan, wat vervolgens leidt tot het in oplossing raken van Zn²⁺-ionen. Langs de randen van het diffusiemembraan vinden de Zn²⁺- en SO₄^2–-ionen elkaar en vormen staafjes van het gehydrateerde zout. De plaatjes maakten de onderzoekers met scanning electron microscopy.

Chemisch tuinieren kun je ook ondersteboven doen: in plaats van het zoutkristal – dat als beginpunt dient – onderin een bekerglas te zetten, bevestig je het bovenin. Daardoor groeien de zoutkristalformaties van boven naar beneden. Dit principe testten de Grieken ook, en met succes, zij het minder spectaculair.

Spectaculairdere plaatjes krijg je als je een hoge frequentie wisselstroom toepast. Zo krijg je complexere, bijna bloemachtige structuren (zie afbeelding). De onderzoekers hopen dat je hiermee elektrodes zó kunt manipuleren dat ze interessante katalytische of optische toepassingen krijgen. Maar daarvoor is eerst nog wat spitwerk nodig.

_{Spanoudaki, D. et al. (2021) ChemSysChem 2}