化学的神奇魅⼒可是不是随便说说的,神奇起来让⼈叹为观⽌。下⾯37张动图,在带领你领略化学之美的同时,也希望能帮助你理解这些化学现象。
硫氰酸汞分解(“法⽼之蛇”)
2Hg(SCN)2 → 2HgS + CS2 + C3N4
电极糊CS2 + 3O2 → CO2 + 2SO2
2C3N4 → 3(CN)2 + N2
花絮:硫氰酸汞于1821年由德国⼈合成,之后不久它燃烧的特殊现象就被发现。很长⼀段时间⾥作为⼀种焰⽕在德国出售,但是最终因为多例⼩孩误⾷⽽中毒的事故被禁⽌。 ggtv5录制者:ChemToddler
危险:⾼。汞化合物有毒,反应产⽣的硫化汞、⼆氧化硫和氰⽓也有毒。没有通风橱和专业⼈⼠指导,
切勿⾃⾏尝试!
⽕柴燃烧
原理:⽕柴头包含红磷、硫和氯酸钾。擦⽕柴时产⽣的热量使红磷和硫燃烧、氯酸钾分解出氧⽓辅助燃烧。
花絮:最早的摩擦式⽕柴头上只有硫,1826年英国化学家约翰·沃克⾸先使⽤了氯酸钾,但他的⽕柴⾮常危险,经常有⽕球掉下去把⾐服和地毯点着。
录制者:UltraSlo
危险:很低,但请勿给⼩孩⽕柴玩,可能造成⽕灾。
3.氢⽓遇到⽕
原理:氢⽓易燃易扩散,在空⽓中可以爆炸式燃烧。
花絮:兴登堡号飞艇的下场就是这⼀幕的放⼤版。
录制者:Prf Slo & Dr Mo
危险:中。由于爆炸可能伤⼈,请像图中那样遥控点燃。
4.汞和铝锈
原理:铝是⾼度活泼的⾦属,但是表⾯的氧化铝层阻⽌了它和空⽓中氧⽓完全反应。⽽汞会破坏这⼀保护层,使得铝迅速“⽣锈”。
这是⼀段延时摄影。该过程真实长度约半⼩时。如果画⾯下移,你会看到底下有⼀⼤堆铝锈粉末。
花絮:这是飞机上严禁携带⽔银的原因之⼀。有传说称⼆战时⼀些美军突击队员会携带汞⽤来破坏德国飞机。
录制者:Theodore Gray
危险:中低。汞单质有毒,不可⾷⽤,请在空⽓流动通畅的地⽅实验以免汞蒸汽中毒。
5.铁棒与硫酸铜
原理:将除锈处理后的铁棒放⼊硫酸铜溶液中,铁单质⽐铜更加活泼,置换出来的铜形成漂亮的松散沉淀。
溶液原本是蓝⾊的(⽔合铜离⼦颜⾊),随着反应进⾏,蓝⾊逐渐变淡。
花絮:铜离⼦本⾝并没有蓝⾊,⽆⽔硫酸铜是⽩⾊粉末。⽔溶液中蓝⾊的是六⽔合铜离⼦。
录制者:DizzyCtube
危险:低。铜溶液有毒,不可⾷⽤。
6.⽓体点燃
原理:燃烧需要可燃物和氧⽓接触,狭窄的瓶⼝使得氧⽓只能逐渐进⼊,燃烧⾯逐渐下移。
录制者:FabianOefner
危险:中⾼。可燃⽓体处理不当极易导致爆炸。
7.燃烧的镁投⼊⽔中
原理:常温下镁与⽔其实就可以反应,但除⾮是镁粉,否则速度很慢。⾼温时⼆者会剧烈反应⽣成氧化镁和氢⽓。氢⽓继续燃烧,和燃烧的镁⼀起产⽣炫⽬的光影效果。
花絮:这个反应是⽇本设计的⼀种试验性发动机的基本原理。镁和⽔反应⽣成的氧化镁在激光的作⽤下重新分解成镁单质和氧⽓,整个反应只消耗⽔,⽽激光则由太阳光提供动⼒。不过这⼀发动机投⼊使⽤似乎还很遥远。
录制者:Periodic Videos
危险:中。镁燃烧时⾼温,遇⽔剧烈反应可能溅出红热液态镁导致烫伤。
8.丙酮“溶解”泡沫塑料
原理:浅浅⼀层丙酮并不能真的把整块泡沫塑料“溶解”,实际上它只是溶解了聚苯⼄烯的长链,让泡沫塑料⾥的⼤量空⽓逃逸出去。但是,长链交联的地⽅丙酮⽆能为⼒,所以碗底部还会剩下残存的聚苯⼄烯。
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花絮:502胶滴到泡沫塑料上发⽣的事情与此类似。
录制者:Barrett
危险:低。丙酮有⼀定毒性和挥发性,应在通风处实验,勿饮⽤。
原理:⾎液中有⾼效的过氧化氢酶,能够催化过氧化氢分解为⽔和氧⽓,⼤量氧⽓形成泡沫效果。
花絮:过氧化氢酶是⼀种⾮常常见的酶,⼏乎所有好氧⽣物体内都有发现。在细胞内它的主要作⽤是催化活性氧成为氧⽓,阻⽌它破坏细胞。过氧化氢酶也是所有酶中效率最⾼的酶之⼀,每个酶分⼦每秒钟可以催化数百万个过氧化氢分⼦。
录制者:Igor30
危险:低⾄中。⾼浓度过氧化氢腐蚀性很强,但低浓度⽐较安全。没有其他威胁,除⾮你的⾎液来源有问题……
10.⼤象⽛膏
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原理:这个反应的核⼼和上期⾥的⾎液反应⼀样,是过氧化氢分解。30%过氧化氢和液体肥皂混合,加⼊⼀些⾷⽤⾊素,再加⼊碘化钾作为催化剂。少量的过氧化氢就可产⽣⼤量氧⽓,在肥皂作⽤下形成泡沫涌出。
⼀种更加安全的版本是⽤低浓度(3%-6%)过氧化氢,⽤⼲酵母作为催化剂,原料更易得,但反应也没有那么剧烈。
花絮:反应后会有⼤量氧⽓聚集在瓶内,可以试着关灯然后往⾥丢⼀根⽕柴观察燃烧。⼩⼼⽕灾。
录制者:chemtoddler
危险:低⾄中。浓过氧化氢腐蚀性强,处理时请戴⼿套。
P.S.这个实验还有⼀种做法(出处未到):
11.灯泡中的宇宙
原理:这是⼀个闪光灯泡,内装锌丝和氧⽓,通电即点燃,只能使⽤⼀次。外⾯包有⼀层塑料膜以防万⼀灯泡破碎。在现代电⼦闪光灯出现之前它是主要的闪光道具,抵达满亮度所花时间更长,但燃烧时间也更长。
此图在⽹上传播时很多⼈说它是灯泡烧断的瞬间,可惜普通钨丝灯泡到寿命时只会慢慢黯淡下去。
花絮:早期的闪光灯泡使⽤镁丝,亮度不如锌。更早的则是敞开环境下镁粉和氯酸钾混合点燃。这就是“镁光灯”⼀词的来历。
此外,许多⽹友表⽰,“这就是我们的宇宙啊”。
录制者:2FC filmpruduction
危险:低。使⽤后灯泡会⾮常烫,不可⽴即⽤⼿碰。
12.五光⼗“铯”
原理:铯是活泼的碱⾦属,和⽔爆炸式反应⽣成氢⽓。⾼速摄影需要极强的光,光照产⽣的⾼温使得铯⽆法保持固态,因此实验采⽤安瓿来装液态铯。⼩锤击碎安瓿瞬间,铯液滴倾泻⽽出,在空中就和⽔蒸⽓、氧⽓反应留下尾迹,⼤块⼊⽔后产⽣爆炸式反应。
花絮:在互联⽹上有这样⼀个钓鱼贴,“……爱迪⽣等得不耐烦了,拿过铯块,浸在⽔中,将溢出的⽔倒在了量杯⾥量出体积,就知道了铯块的体积。”也许这才是爱迪⽣⽿聋的真正原因?
录制者:PeriodicVideos
危险:⾼。铯与⽔反应⾮常剧烈,注意防护。
13.锌⽕
原理:这种液体是⼆⼄基锌。它是⼀种极易燃烧的有机锌化合物,接触氧⽓便⾃燃。真正的⼆⼄基锌如此图所⽰是蓝⾊⽕焰,但是⽹上流传最⼴的视频/动图来⾃2008年诺丁汉⼤学,他们拍到了黄⾊的⽕焰——照他们⾃⼰的说法,这是钠污染所致。
花絮:⼆⼄基锌于1848年发现,是第⼀个有机锌化合物。它在有机合成中的应⽤极其⼴泛,也曾被早期⽕箭研究者⽤作液体燃料。
录制者:PeriodicVideos
危险:⾼。能⾃燃的没⼏个好东西,何况是液态。
14.⽕⼭炎魔
原理:外层红⾊粉末是重铬酸铵,它不稳定,受热分解可以产⽣⼤量暗绿⾊灰烬(三氧化⼆铬)和明亮的红⾊⽕焰。(NH4)2Cr2O7 (s) → Cr2O3 (s) + N2 (g) + 4 H2O (g)
齿轮修复这⼀效果很像⽕⼭爆发。
⽽藏在⾥⾯的就是上期介绍过的硫氰酸汞“法⽼之蛇”了。
花絮:重铬酸铵有个外号叫“维苏威之⽕”,就是因为它的这个效果。它在焰⽕和早期摄影术⾥都有应⽤。搭配硫氰酸汞感觉像是召唤了克苏鲁……
录制者:Trollator
危险:⾼。重铬酸铵和所有六价铬⼀样有毒、有刺激性。密闭容器中受热可能导致爆炸。⾄于硫氰酸汞请参见上期。15.铝遭遇溴
原理:铝是极活泼的⾦属,因为表⾯致密氧化层⽽在空⽓中稳定,但会和很多其它氧化剂剧烈反应。溴就是其中之⼀。⽣成的三溴化铝溶于⽔的反应也会放热,可能导致爆炸。实验完的试管必须先冷却然后⽤轻柔的⽔流慢慢溶解,清洗后还要加⼊硫代硫酸钠溶液以还原任何残留的溴。
花絮:“三溴化铝”真正的存在形态其实是Al2Br6,它⼗分稳定,哪怕⽓化之后也只有⼀部分会分解成AlBr3。
录制者:ChemToddler
危险:⾼。溴有挥发性和腐蚀性,吸⼊有毒,需防护措施。反应剧烈且有喷溅,请务必从少量开始!
16.暗之柱
16.暗之柱
原理:⿊咖啡可不会变成这东西。杯中是对硝基苯胺和浓硫酸的混合物,加热后发⽣⾮常复杂的反应——事实上,我们还不完全清楚反应的详细过程。最后得到的⿊⾊泡沫物原⼦⽐例为C6H3N1.5S0.15
O1.3,⼏乎肯定是对硝基苯胺交联后的多聚物,整个反应有时被称为“爆炸式聚合”。膨胀成这么⼤这么长是反应⽣成⼆氧化碳等⽓体的功劳。
花絮:这个反应是70年代NASA研究者发现的,他们当时考虑过把它⽤作灭⽕剂——因为⽣成的⿊⾊泡沫状物⾮常稳定,隔热性能也极好。
录制者:plasticraincoat1
危险:中⾼。对硝基苯胺有毒,浓硫酸也有危险,反应还⽣成氮氧化物和硫氧化物⽓体。
P.S. 最后⼀个实验请勿联想。
17.红与⿊
原理:这是“碘钟反应”的⼀个变种。实验中所⽤到的三种⽆⾊透明溶液(从前到后)分别加⼊了:
1、可溶性淀粉和焦亚硫酸钠
2、
3、碘酸钾
其中发⽣的反应包括:
1、焦亚硫酸钠与⽔反应⽣成亚硫酸氢钠 Na2S2O5 + H2O → 2 NaHSO3
2、亚硫酸氢钠将碘酸根还原为碘离⼦ IO3- + 3HSO3- → I- + 3SO42- + 3H+
3、随着碘离⼦浓度的升⾼,可溶性的汞盐开始与碘离⼦形成沉淀(橙红⾊)Hg2+ + 2 I- → HgI2
4、剩余的碘离⼦与碘酸根离⼦⽣成碘单质 IO3- + 5I- + 6H+ → 3I2 + 3H2O
5、碘单质与可溶性淀粉结合形成蓝⿊⾊的包合物
花絮:这个改良版的反应由两名普林斯顿⼤学的学⽣发明,他们在其中加⼊了汞盐,使这个反应可以先后形成橙红⾊和⿊⾊,⽽橙⿊配正是普林斯顿⼤学的代表⾊。这个反应通常被称为“Old Nassau Reaction”,其中“Old Nassau”指的就是普林斯顿⼤学[1]。因为颜⾊的缘故,它也被叫做“万圣节反应”。
录制者:ChemToddler'schannel
危险:⾼。毒性很强,吸⼊、⽪肤接触或误⾷时均有较⾼风险,请勿在家尝试。
18.铜和硝酸
原理:铜与浓硝酸反应,⽣成硝酸铜、⼆氧化氮和⽔,⽣成的⽓体通⼊⽔中,随着⽓体⽣成停⽌并逐渐溶解,⽔倒吸进⼊反应瓶,最终形成淡蓝⾊的硝酸铜溶液。等离子体处理
Cu(s) + 4HNO3(aq) → Cu(NO3)2(aq) +2NO2(g) + 2H2O(l)