這17個藏在生活中的魔幻化學反應,會讓你懷疑人生

doggy     2018-05-16     檢舉

為什麼有人覺得科學無趣晦澀?因為TA從沒想過,也沒有人告訴TA,生活中存在萬千奇妙的現象,而它們都可以在科學中找到解釋。

飛機上不能帶水銀的原因

水銀(金屬汞)會穿透金屬鋁表面的一層具有保護作用的氧化膜,使鋁發生快速而持續的氧化,動圖中冉冉升起的物質就是鋁氧化後的產物。

這就是為什麼在飛機上禁止攜帶水銀的原因,因為對於鋁來說水銀就像一個黑洞,飛機外殼使用的鋁完全禁不住水銀的進攻。

水銀的心跳

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這個實驗需要把水銀浸泡在重鉻酸中,並用一根鐵釘接近水銀表面但不碰到。重鉻酸使水銀(金屬汞)氧化,產生一層氧化汞。水銀表面的氧化汞減少了水銀的表面張​​力,使得水銀液滴變得更扁平。

變得扁平的水銀表面就可以接觸到遠處的鐵釘。水銀和鐵釘接觸後使鐵氧化,同時自己還原復又成為金屬汞。重新變回金屬汞後表面張力增加,水銀液滴變得更圓潤飽滿。因此這個反應就這樣反覆進行,使得水銀有了「心跳」。

斑馬圖案的起源

斑馬身上的圖案,和一個奇特的反應——BZ振蕩反應(BZR)有關。BZ振蕩這個著名的反應是第一類被發現的化學振蕩反應,它一般需要溴和一種酸作為反應物。

這個反應背後有個悲傷的故事。

BZ振蕩反應的B代表的是一個人名Belousov(別洛索夫)。20世紀50年代,前蘇聯化學家別洛索夫在研究人體內葡萄糖的化學反應時發現了這個振蕩反應。可是,那時候的化學家普遍認為化學振蕩反應是不可能發生的,他們認為化學反應就像球自然地從山上滾下來然後達到平衡一樣,是不可能自發地沿著山坡上下滾來滾去的。

因此,別洛索夫的兩次投稿都以「無法解釋機理」及「不可能」的原因而被退了回來,無法發表在一流的學術期刊上。別洛索夫心灰意冷之下退出了科研圈。

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1961年,前蘇聯的一個生物物理學畢業生Zhabotinsky(扎鮑廷斯基)重新研究了這個反應,用丙二酸代替了檸檬酸,並且對這個反應的機理作了一些解釋,使得BZ振蕩反應真相大白,而他的姓的首字母也被加到了這個反應的名字中。

BZ振蕩反應永遠地改變了人們對科學的認識,原來化學反應不一定要保持在平衡態。更重要的是,這個反應證實了計算機之父阿蘭圖靈對於形態發生的猜想,解釋了斑馬、蜥蜴等生物身上條紋的來源——自組織而不是有序的統一控制。

法老之蛇

這個酷炫詭異的實驗其實也會發生在煙花中。硫氰酸汞遇熱燃燒,產生藍色的火焰和蜿蜒如蛇的固體產物。燃燒產物之一的硫化汞會接著和空氣中的氧氣反應,產生有毒的水銀。因此不建議在家做法老之蛇實驗。

尿不濕的秘密

你小時候用過尿不濕嗎?尿不濕吸水的秘密就在於聚丙烯酸鈉。

聚丙烯酸鈉是一種高分子化合物。當聚丙烯酸鈉遇到水的時候就會變成固體啫喱,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。

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碘鍾反應

碘鍾反應(Iodine clock reaction)是一種經典的化學振蕩反應。碘鍾反應有許多變式,其中一個所需的原料是碘化鉀、澱粉和硫代硫酸鈉。

碘鍾反應的本質是因為,一開始遇到澱粉能變藍的單質碘被某個反應轉化成了碘離子,而碘離子遇到澱粉不能顯示顏色。而當這個反應所需的另一個原料被消耗完以後,這個反應立刻停止,而碘離子得以重新形成單質碘,產生經典的碘藍反應。

交通燈反應

這個像交通燈一樣變色的反應屬於化學鍾,和前文中的BZ振蕩反應、碘鍾反應一樣也屬於振蕩反應。

交通燈反應需要用到葡萄糖、氫氧化鈉、靛藍胭脂紅和水。靛藍胭脂紅是一種酸鹼度指示劑,當溶液ph值低於11.4時,靛藍胭脂紅顯示藍色,ph值高於13時顯示黃色。靛藍胭脂紅同時也是氧化還原指示劑,當發生還原反應時會變成黃色。

初始時溶液是黃色的。隨著燒瓶的搖晃,空氣中的氧氣溶解到溶液中,少量靛藍胭脂紅被溶液中溶解的氧氣氧化變成紅色;如果所有靛藍胭脂紅都被氧化,溶液就會變成綠色;如果將溶液靜置,那麼靛藍胭脂紅就會被鹼性的葡萄糖溶液還原,變回黃色。這就是「交通燈」這個名字的來源。

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燃燒的火柴

火柴頭裡含有紅磷、硫和氯酸鉀。紅磷產生的熱使氯酸鉀分解產生氧氣。氧氣進一步和硫發生化學反應,燃燒產生的短暫火焰就可以被用來點亮蠟燭了。

人血豆腐

知道被虺蛇咬了以後你的血液會發生什麼事嗎?只需要一滴虺蛇蛇毒,一個培養皿中流動的血液會像動圖里這樣變成一塊血膏。看完你的血液是不是也凝固了?

憑空消失的泡沫塑料

泡沫塑料飯盒裡的常見原料聚苯乙烯可以在丙酮里溶解。為什麼一大塊泡沫塑料看起來消失了?因為泡沫塑料里大部分都是氣體,實際上固體成分很少。

大象牙膏

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這個孩子們最愛的經典實驗過程需要把熱水、酵母粉倒入含有肥皂液、過氧化氫和食用色素的容器中。

酵母在其中的作用是催化劑,它們可以消除過氧化氫產生的氧氣,產生巨多泡泡。這個放熱反應的結果就是你看到的沖天「牙膏」。

爆炸的血液

人的血液里含有過氧化氫酶。雙氧水,也就是過氧化氫會和血液中的過氧化氫酶發生反應。過氧化氫酶會使過氧化氫快速分解為水和氧氣,氧氣產生了動圖中的泡沫。

所以身上有傷口時不能用雙氧水消毒的原因,你懂了吧。

乾冰蘑菇彈

乾冰就是固態的二氧化碳。洗潔精會包裹住乾冰升華產生的二氧化碳,產生一個巨大的泡泡。

錫疫

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你知道嗎,錫是一種具有「雙重人格」的物質。金屬錫有2種結構:白錫是正方晶結構的,具有金屬性質;而灰錫是是粉狀的,沒有金屬性質。

當白錫遇到灰錫,就會自動變成灰錫。這個過程有個恐怖的名字—— 「錫疫」 。

隱秘的粒子之舞

雲室是偵測游離輻射的粒子偵測器,你可以在自己家裡建一個(點我看怎麼建)。

出現在雲室里的這些隨機線條是氡-220變為釙,繼而變成鉛時釋放出的2個α粒子(氦-4的原子核)劃出的抽像畫。

你的身邊時時刻刻都有這些來自宇宙的射線在跳隱秘的舞蹈,只是你看不到而已。

燈泡的終點

當燈泡即將壽終正寢時,燈泡里的鎢絲會融化,這會造成短路。在這短暫的短路過程中,燈泡會發出最後一次的榮光閃耀。

這就是為什麼燈泡會亮一下再滅掉,原來它也會「迴光返照」啊。

傳奇化學家的研究初體驗

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只要把銅質的硬幣放到硝酸里就會產生這個絢麗而有毒的反應。銅遇到硝酸會被馬上氧化,產生綠色的溶液,和棕色有毒的二氧化氮氣體。二氧化氮氣體遇水溶解後會使溶液變成漂亮的藍色。

為什麼要用這個實驗做結尾呢?因為這個實驗是歷史上最偉大的化學家之一、發明了人類歷史上第一個甜味劑——糖精,並且創立了約翰霍普金斯大學化學系的伊拉·萊姆森(Ira Remsen ) 放棄醫學,轉而對化學產生濃厚興趣的起點。

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看一看萊姆森是如何描述這次一直令他念念不忘的實驗的吧。

「當我在讀一本化學教科書的時候,我讀到了這樣一個句子:'硝酸會和銅發生反應'。我厭倦了這些唐突的說教,決定自己親自了解一下這句話的意思。

我很熟悉銅,因為那時候的硬幣用的就是銅。當我在一個醫生的辦公室里消磨時間的時候也看到過一個標著'硝酸'的瓶子。我不知道硝酸有什麼樣的性質,但是我想親自去研究一下。冒險精神占據了我的腦袋。

有了硝酸和銅以後,我終於開始意識到'反應'指的是什麼。'硝酸會和銅發生反應'這句話現在不僅僅是文字了。為了獲得知識,我願意犧牲口袋裡為數不多的幾個子兒。

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我把這些硬幣放到桌上,然後把標著'硝酸'的瓶子打開,倒了一些液體在硬幣上面,然後準備開始觀察。但是我看到的是什麼壯觀的景色啊?硬幣快速變形,上面出現了泡沫狀的藍綠色液體,還冒出了濃煙。

附近的空氣都變成了深棕色,一朵烏雲升騰了起來。這雲的味道可不好聞,令人窒息。我怎樣才能讓它停止呢?

我試著打開窗把這團亂糟糟的東西撿起來丟出窗外,但我卻學到了另一個知識——硝酸不僅會和銅反應,還會和手指反應。疼痛還產生了另一個意外的實驗。我在褲子上摩擦手指,並且又雙叒發現了一個新知識——硝酸會和褲子反應。

從各方面來說,這個實驗給我留下了最深刻的印象,而且它可能是我做過的相對最便宜的實驗。直到現在我都還在興味盎然地和別人講述這件事。對我來說這個實驗是一次天啟,它點燃了我從事化學研究的渴望。」

參考來源

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