酷炫動圖(十七):化學篇 | 科學人 | 果殼網 科技有意思

2019-02-21 21:08:20

化學實驗動圖又與大家見面啦~

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魯米諾發光

原理:魯米諾(3-氨基鄰苯二甲醯肼)是一種常用的發光化學試劑。在演示實驗中,一般用雙氧水和一種氫氧化物鹼(例如氫氧化鈉)的溶液作為激發劑,並用含鐵化合物催化過氧化氫分解。魯米諾與氫氧化物反應生成了一個雙負離子,這個離子又可以與過氧化氫分解產生的氧氣反應,生成激發態的3-氨基鄰苯二甲酸,當它回到基態時,就會發出藍色的光。

圖片來自:wikipedia

花絮:估計不少人都是從刑偵劇或者推理小說中聽說魯米諾試劑的,如果將上述反應中的催化劑換成血液中的鐵,這也就成了一個檢測痕量血跡的反應。

危險:較低,需要留意氫氧化物和雙氧水的腐蝕性。

錄製者:bkrieg564

人造煙霧

原理:在紙片的不同位置上事先分別滴上了濃鹽酸和濃氨水,這兩種東西都有極強的揮發性,而它們在空氣中相遇也會形成氯化銨,營造出煙霧效果。

花絮:另外一個常見的演示實驗“氨氣噴泉”展示了這種氣體在水中極強的溶解性。當瓶中的氨氣接觸含有酚酞的水時,它們迅速溶解造成瓶內壓強減小,形成粉色的倒吸噴泉:

危險:較低,不過濃鹽酸和濃氨水具有刺激性,需要注意通風,避免吸入。

錄製者:NightHawkInLight

火球

原理:右邊兩個表面皿中的固體和液體分別是高錳酸鉀與濃硫酸。在這裡,濃硫酸表現出了它的“脫水性”,它與高錳酸鉀固體反應,生成了七氧化二錳(高錳酐)。七氧化二錳是一種不穩定的強氧化物,當它接觸到棉花時,可以與之反應並造成燃燒。

花絮:在歷史上,硫酸也曾經被用於引燃火柴。第一個現代意義上的火柴是1805年時讓·斯爾(Jean Chancel)發明的,火柴頭上加入了氯酸鉀、硫磺、糖等物質,使用時需要在裝硫酸的小瓶中浸一下引發反應。

危險:中高,濃硫酸需要格外小心操作,注意防護並遠離易燃物,需要在通風良好處進行。高錳酐具有腐蝕性、強氧化性和爆炸性,實驗時應佩戴護目鏡或面罩,並保證只進行少量混合。不要擅自增加反應物量或用其他有機物反應,因為反應可能會過於劇烈。

錄製者:royal chemistry society

聚合泡沫

原理:這是生成聚氨酯泡沫材料的反應,原料包括異氰酸酯、多元醇以及發泡劑等助劑。聚氨酯(PU)是指主鏈中含有氨基甲酸酯特徵單元的一類高分子,它們化學性質穩定,而且力學性能也有很大的可調性,因此在工業和生活中都有廣泛的套用。聚氨酯泡沫可以作為保溫材料使用。

花絮:舉個例子,就能讓你體會到聚氨酯的“戲路”有多廣:市面上的人造皮革製品大多是聚氨酯材質的,而最常見的非乳膠型保險套所用的也是聚氨酯,它還可以做成沙發軟墊和鞋底。

危險:較低,應注意避免吸入,避免接觸皮膚和眼睛。聚氨酯泡沫本身是相當易燃的,因此很多商業產品都會預先加入阻燃劑。

錄製者:Maciej Miksztowicz

乾冰與鎂

原理:鎂條點燃後放在乾冰當中,反應式:2Mg +CO2 → 2MgO + C,反應發出耀眼的強光。

花絮:最早的閃光燈就利用了鎂發出的強光,因此它也被稱為“鎂光燈”。更多閱讀:酷炫動圖(二):更多的化學實驗。

危險:高。反應過程中,有火花濺出的可能,需要移除附近所有的可燃物,並使用防護隔板。

錄製者:Grant Thompson - "The King of Random"

紅綠燈

原理:瓶中的溶液加入了3種成分:氫氧化鈉、D-葡萄糖和靛藍胭脂紅(indigo carmine,或稱酸性靛藍)。靛藍胭脂紅是一種氧化還原指示劑,而同時它又有酸鹼指示劑的作用,也就是說,在氧化還原反應和pH值的作用下,它可以變幻出多種顏色。靛藍胭脂紅有三種顏色不同的氧化還原狀態,在這個反應體系中,當振搖瓶子時,它會被空氣中的氧氣氧化, 而在靜置時又被葡萄糖還原,由此就造成了變色。如果在不同的pH環境中進行反應,顏色也會隨之改變。下圖中總結了具體的變色狀態:

根據皇家化學學會提供的內容重新製圖。

花絮:除了指示劑,靛藍胭脂紅還有別的用途。它是一種食品色素(E132),在一些泌尿系統手術中也會用到它。

危險:低。在這裡氫氧化鈉起到調節pH的作用,不會用到很濃的溶液,葡萄糖和靛藍胭脂紅也比較安全。

錄製者:royal chemistry society

分層變色

原理:試管下面橙色的部分是加入了一些硫酸的重鉻酸鉀溶液,上面透明的部分是乙醚,引發反應時在其中加入了一些雙氧水。接下來,體系內會發生劇烈的反應,上面的有機層變成藍色,並產生氣體。

當加入過氧化氫時,水相中會發生如下反應:K2Cr2O7 + H2SO4 + H2O2 →2 CrO5 + K2SO4 + 5H2O。這裡生成的過氧化鉻(CrO5,又叫五氧化鉻)是一種不穩定的過氧化物,它可以溶於乙醚,並帶來深藍色。而不穩定的過氧化鉻還會繼續發生反應,生成三價鉻鹽:2CrO5 + 7H2O2 + 3H2SO4→Cr2(SO4)3 + 10H2O + 7O2,試管中冒出的氣泡就是這步反應中產生的氧氣[1]。

花絮:過氧化鉻在水溶液中也是藍色的,只不過通過乙醚萃取,可以讓藍色保持較長的時間,以方便觀察。

危險:中高,反應劇烈,需要戴好手套和護目鏡,不要把試管裝得太滿。

錄製者:Thoisoi2 - Chemical Experiments!

(編輯:Ent)

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