这17个藏在生活中的魔幻化学反应,会让你怀疑人生

2018-03-06  长沙7喜

为什么有人觉得科学无趣晦涩?因为TA从没想过,也没有人告诉TA,生活中存在万千奇妙的现象,而它们都可以在科学中找到解释。

 


飞机上不能带水银的原因


水银(金属汞)会穿透金属铝表面的一层具有保护作用的氧化膜,使铝发生快速而持续的氧化,动图中冉冉升起的物质就是铝氧化后的产物。


这就是为什么在飞机上禁止携带水银的原因,因为对于铝来说水银就像一个黑洞,飞机外壳使用的铝完全禁不住水银的进攻。



水银的心跳

 

这个实验需要把水银浸泡在重铬酸中,并用一根铁钉接近水银表面但不碰到。重铬酸使水银(金属汞)氧化,产生一层氧化汞。水银表面的氧化汞减少了水银的表面张力,使得水银液滴变得更扁平。


变得扁平的水银表面就可以接触到远处的铁钉。水银和铁钉接触后使铁氧化,同时自己还原复又成为金属汞。重新变回金属汞后表面张力增加,水银液滴变得更圆润饱满。因此这个反应就这样反复进行,使得水银有了“心跳”。



斑马图案的起源




斑马身上的图案,和一个奇特的反应——B-Z振荡反应(BZR)有关。B-Z振荡这个著名的反应是第一类被发现的化学振荡反应,它一般需要溴和一种酸作为反应物。


这个反应背后有个悲伤的故事。


B-Z振荡反应的B代表的是一个人名Belousov(别洛索夫)。20世纪50年代,前苏联化学家别洛索夫在研究人体内葡萄糖的化学反应时发现了这个振荡反应。可是,那时候的化学家普遍认为化学振荡反应是不可能发生的,他们认为化学反应就像球自然地从山上滚下来然后达到平衡一样,是不可能自发地沿着山坡上下滚来滚去的。


因此,别洛索夫的两次投稿都以“无法解释机理”及“不可能”的原因而被退了回来,无法发表在一流的学术期刊上。别洛索夫心灰意冷之下退出了科研圈。


1961年,前苏联的一个生物物理学毕业生 Zhabotinsky(扎鲍廷斯基)重新研究了这个反应,用丙二酸代替了柠檬酸,并且对这个反应的机理作了一些解释,使得B-Z振荡反应真相大白,而他的姓的首字母也被加到了这个反应的名字中。


B-Z振荡反应永远地改变了人们对科学的认识,原来化学反应不一定要保持在平衡态。更重要的是,这个反应证实了计算机之父阿兰图灵对于形态发生的猜想,解释了斑马、蜥蜴等生物身上条纹的来源——自组织而不是有序的统一控制。

 


 

法老之蛇


这个酷炫诡异的实验其实也会发生在烟花中。硫氰酸汞遇热燃烧,产生蓝色的火焰和蜿蜒如蛇的固体产物。燃烧产物之一的硫化汞会接着和空气中的氧气反应,产生有毒的水银。因此不建议在家做法老之蛇实验。

 

 

尿不湿的秘密




你小时候用过尿不湿吗?尿不湿吸水的秘密就在于聚丙烯酸钠。


聚丙烯酸钠是一种高分子化合物。当聚丙烯酸钠遇到水的时候就会变成固体啫喱,它可以吸收自身重量200-300倍的水分,因此具有吸附和固定水分子的功能。

 


碘钟反应


碘钟反应(Iodine clock reaction)是一种经典的化学振荡反应。碘钟反应有许多变式,其中一个所需的原料是碘化钾、淀粉和硫代硫酸钠。


碘钟反应的本质是因为,一开始遇到淀粉能变蓝的单质碘被某个反应转化成了碘离子,而碘离子遇到淀粉不能显示颜色。而当这个反应所需的另一个原料被消耗完以后,这个反应立刻停止,而碘离子得以重新形成单质碘,产生经典的碘蓝反应。

 


交通灯反应



这个像交通灯一样变色的反应属于化学钟,和前文中的B-Z振荡反应、碘钟反应一样也属于振荡反应。


交通灯反应需要用到葡萄糖、氢氧化钠、靛蓝胭脂红和水。靛蓝胭脂红是一种酸碱度指示剂,当溶液ph值低于11.4时,靛蓝胭脂红显示蓝色,ph值高于13时显示黄色。靛蓝胭脂红同时也是氧化还原指示剂,当发生还原反应时会变成黄色。


初始时溶液是黄色的。随着烧瓶的摇晃,空气中的氧气溶解到溶液中,少量靛蓝胭脂红被溶液中溶解的氧气氧化变成红色;如果所有靛蓝胭脂红都被氧化,溶液就会变成绿色;如果将溶液静置,那么靛蓝胭脂红就会被碱性的葡萄糖溶液还原,变回黄色。这就是“交通灯”这个名字的来源。


 

燃烧的火柴




火柴头里含有红磷、硫和氯酸钾。红磷产生的热使氯酸钾分解产生氧气。氧气进一步和硫发生化学反应,燃烧产生的短暂火焰就可以被用来点亮蜡烛了。

 

 

人血豆腐




知道被蝰蛇咬了以后你的血液会发生什么事吗?只需要一滴蝰蛇蛇毒,一个培养皿中流动的血液会像动图里这样变成一块血膏。看完你的血液是不是也凝固了?

 


凭空消失的泡沫塑料



泡沫塑料饭盒里的常见原料聚苯乙烯可以在丙酮里溶解。为什么一大块泡沫塑料看起来消失了?因为泡沫塑料里大部分都是气体,实际上固体成分很少。

 


大象牙膏




这个孩子们最爱的经典实验过程需要把热水、酵母粉倒入含有肥皂液、过氧化氢和食用色素的容器中。


酵母在其中的作用是催化剂,它们可以消除过氧化氢产生的氧气,产生巨多泡泡。这个放热反应的结果就是你看到的冲天“牙膏”。



爆炸的血液




人的血液里含有过氧化氢酶。双氧水,也就是过氧化氢会和血液中的过氧化氢酶发生反应。过氧化氢酶会使过氧化氢快速分解为水和氧气,氧气产生了动图中的泡沫。


所以身上有伤口时不能用双氧水消毒的原因,你懂了吧。



干冰蘑菇弹




干冰就是固态的二氧化碳。洗洁精会包裹住干冰升华产生的二氧化碳,产生一个巨大的泡泡。

 

 

锡疫


你知道吗,锡是一种具有“双重人格”的物质。金属锡有2种结构:白锡是正方晶结构的,具有金属性质;而灰锡是是粉状的,没有金属性质。


当白锡遇到灰锡,就会自动变成灰锡。这个过程有个恐怖的名字—— “锡疫” 。


 

隐秘的粒子之舞




云室是侦测游离辐射的粒子侦测器,你可以在自己家里建一个。


出现在云室里的这些随机线条是氡-220变为钋,继而变成铅时释放出的2个α粒子(氦-4的原子核)划出的抽象画。


你的身边时时刻刻都有这些来自宇宙的射线在跳隐秘的舞蹈,只是你看不到而已。

 

 

灯泡的终点




当灯泡即将寿终正寝时,灯泡里的钨丝会融化,这会造成短路。在这短暂的短路过程中,灯泡会发出最后一次的荣光闪耀。


这就是为什么灯泡会亮一下再灭掉,原来它也会“回光返照”啊。

 

 

传奇化学家的研究初体验


只要把铜质的硬币放到硝酸里就会产生这个绚丽而有毒的反应。铜遇到硝酸会被马上氧化,产生绿色的溶液,和棕色有毒的二氧化氮气体。二氧化氮气体遇水溶解后会使溶液变成漂亮的蓝色。


为什么要用这个实验做结尾呢?因为这个实验是历史上最伟大的化学家之一、发明了人类历史上第一个甜味剂——糖精,并且创立了约翰霍普金斯大学化学系的伊拉·莱姆森(Ira Remsen) 放弃医学,转而对化学产生浓厚兴趣的起点。


看一看莱姆森是如何描述这次一直令他念念不忘的实验的吧。


我在读一本化学教科书的时候,我读到了这样一个句子:‘硝酸会和铜发生反应。我厌倦了这些唐突的说教,决定自己亲自了解一下这句话的意思。


我很熟悉铜,因为那时候的硬币用的就是铜。当我在一个医生的办公室里消磨时间的时候也看到过一个标着‘硝酸’的瓶子。我不知道硝酸有什么样的性质,但是我想亲自去研究一下。冒险精神占据了我的脑袋。


有了硝酸和铜以后,我终于开始意识到‘反应’指的是什么。‘硝酸会和铜发生反应’这句话现在不仅仅是文字了。为了获得知识,我愿意牺牲口袋里为数不多的几个子儿。


我把这些硬币放到桌上,然后把标着‘硝酸’的瓶子打开,倒了一些液体在硬币上面,然后准备开始观察。但是我看到的是什么壮观的景色啊?硬币快速变形,上面出现了泡沫状的蓝绿色液体,还冒出了浓烟。


附近的空气都变成了深棕色,一朵乌云升腾了起来。这云的味道可不好闻,令人窒息。我怎样才能让它停止呢?


我试着打开窗把这团乱糟糟的东西捡起来丢出窗外,但我却学到了另一个知识——硝酸不仅会和铜反应,还会和手指反应。疼痛还产生了另一个意外的实验。我在裤子上摩擦手指,并且又双叒发现了一个新知识——硝酸会和裤子反应。


从各方面来说,这个实验给我留下了最深刻的印象,而且它可能是我做过的相对最便宜的实验。直到现在我都还在兴味盎然地和别人讲述这件事。对我来说这个实验是一次天启,它点燃了我从事化学研究的渴望。”


    来自: 长沙7喜 > 《科学》

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