為什么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(xiàn)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(fā)生快速而持續(xù)的氧化,動圖中冉冉升起的物質(zhì)就是鋁氧化后的產(chǎn)物。
這就是為什么在飛機上禁止攜帶水銀的原因,因為對于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
這個實驗需要把水銀浸泡在重鉻酸中,并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(chǎn)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。水銀和鐵釘接觸后使鐵氧化,同時自己還原復(fù)又成為金屬汞。重新變回金屬汞后表面張力增加,水銀液滴變得更圓潤飽滿。因此這個反應(yīng)就這樣反復(fù)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(yīng)——B-Z振蕩反應(yīng)(BZR)有關(guān)。B-Z振蕩這個著名的反應(yīng)是第一類被發(fā)現(xiàn)的化學振蕩反應(yīng),它一般需要溴和一種酸作為反應(yīng)物。
這個反應(yīng)背后有個悲傷的故事。
B-Z振蕩反應(yīng)的B代表的是一個人名Belousov(別洛索夫)。20世紀50年代,前蘇聯(lián)化學家別洛索夫在研究人體內(nèi)葡萄糖的化學反應(yīng)時發(fā)現(xiàn)了這個振蕩反應(yīng)??墒牵菚r候的化學家普遍認為化學振蕩反應(yīng)是不可能發(fā)生的,他們認為化學反應(yīng)就像球自然地從山上滾下來然后達到平衡一樣,是不可能自發(fā)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(fā)表在一流的學術(shù)期刊上。別洛索夫心灰意冷之下退出了科研圈。
1961年,前蘇聯(lián)的一個生物物理學畢業(yè)生 Zhabotinsky(扎鮑廷斯基)重新研究了這個反應(yīng),用丙二酸代替了檸檬酸,并且對這個反應(yīng)的機理作了一些解釋,使得B-Z振蕩反應(yīng)真相大白,而他的姓的首字母也被加到了這個反應(yīng)的名字中。
B-Z振蕩反應(yīng)永遠地改變了人們對科學的認識,原來化學反應(yīng)不一定要保持在平衡態(tài)。更重要的是,這個反應(yīng)證實了計算機之父阿蘭圖靈對于形態(tài)發(fā)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(tǒng)一控制。
法老之蛇
這個酷炫詭異的實驗其實也會發(fā)生在煙花中。硫氰酸汞遇熱燃燒,產(chǎn)生藍色的火焰和蜿蜒如蛇的固體產(chǎn)物。燃燒產(chǎn)物之一的硫化汞會接著和空氣中的氧氣反應(yīng),產(chǎn)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于聚丙烯酸鈉。
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。
碘鐘反應(yīng)
碘鐘反應(yīng)(Iodine clock reaction)是一種經(jīng)典的化學振蕩反應(yīng)。碘鐘反應(yīng)有許多變式,其中一個所需的原料是碘化鉀、淀粉和硫代硫酸鈉。
碘鐘反應(yīng)的本質(zhì)是因為,一開始遇到淀粉能變藍的單質(zhì)碘被某個反應(yīng)轉(zhuǎn)化成了碘離子,而碘離子遇到淀粉不能顯示顏色。而當這個反應(yīng)所需的另一個原料被消耗完以后,這個反應(yīng)立刻停止,而碘離子得以重新形成單質(zhì)碘,產(chǎn)生經(jīng)典的碘藍反應(yīng)。
交通燈反應(yīng)
這個像交通燈一樣變色的反應(yīng)屬于化學鐘,和前文中的B-Z振蕩反應(yīng)、碘鐘反應(yīng)一樣也屬于振蕩反應(yīng)。
交通燈反應(yīng)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堿度指示劑,當溶液ph值低于11.4時,靛藍胭脂紅顯示藍色,ph值高于13時顯示黃色。靛藍胭脂紅同時也是氧化還原指示劑,當發(fā)生還原反應(yīng)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,那么靛藍胭脂紅就會被堿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。
燃燒的火柴
火柴頭里含有紅磷、硫和氯酸鉀。紅磷產(chǎn)生的熱使氯酸鉀分解產(chǎn)生氧氣。氧氣進一步和硫發(fā)生化學反應(yīng),燃燒產(chǎn)生的短暫火焰就可以被用來點亮蠟燭了。
人血豆腐
知道被蝰蛇咬了以后你的血液會發(fā)生什么事嗎?只需要一滴蝰蛇蛇毒,一個培養(yǎng)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
泡沫塑料飯盒里的常見原料聚苯乙烯可以在丙酮里溶解。為什么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
這個孩子們最愛的經(jīng)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(chǎn)生的氧氣,產(chǎn)生巨多泡泡。這個放熱反應(yīng)的結(jié)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(fā)生反應(yīng)。過氧化氫酶會使過氧化氫快速分解為水和氧氣,氧氣產(chǎn)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。
干冰蘑菇彈
干冰就是固態(tài)的二氧化碳。洗潔精會包裹住干冰升華產(chǎn)生的二氧化碳,產(chǎn)生一個巨大的泡泡。
錫疫
你知道嗎,錫是一種具有“雙重人格”的物質(zhì)。金屬錫有2種結(jié)構(gòu):白錫是正方晶結(jié)構(gòu)的,具有金屬性質(zhì);而灰錫是是粉狀的,沒有金屬性質(zhì)。
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
云室是偵測游離輻射的粒子偵測器,你可以在自己家里建一個。
出現(xiàn)在云室里的這些隨機線條是氡-220變?yōu)獒?,繼而變成鉛時釋放出的2個α粒子(氦-4的原子核)劃出的抽象畫。
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(fā)出最后一次的榮光閃耀。
這就是為什么燈泡會亮一下再滅掉,原來它也會“回光返照”啊。
傳奇化學家的研究初體驗
只要把銅質(zhì)的硬幣放到硝酸里就會產(chǎn)生這個絢麗而有毒的反應(yīng)。銅遇到硝酸會被馬上氧化,產(chǎn)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后會使溶液變成漂亮的藍色。
為什么要用這個實驗做結(jié)尾呢?因為這個實驗是歷史上最偉大的化學家之一、發(fā)明了人類歷史上第一個甜味劑——糖精,并且創(chuàng)立了約翰霍普金斯大學化學系的伊拉·萊姆森(Ira Remsen) 放棄醫(yī)學,轉(zhuǎn)而對化學產(chǎn)生濃厚興趣的起點。
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(fā)生反應(yīng)’。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(yī)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。我不知道硝酸有什么樣的性質(zhì),但是我想親自去研究一下。冒險精神占據(jù)了我的腦袋。
有了硝酸和銅以后,我終于開始意識到‘反應(yīng)’指的是什么?!跛釙豌~發(fā)生反應(yīng)’這句話現(xiàn)在不僅僅是文字了。為了獲得知識,我愿意犧牲口袋里為數(shù)不多的幾個子兒。
我把這些硬幣放到桌上,然后把標著‘硝酸’的瓶子打開,倒了一些液體在硬幣上面,然后準備開始觀察。但是我看到的是什么壯觀的景色啊?硬幣快速變形,上面出現(xiàn)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,一朵烏云升騰了起來。這云的味道可不好聞,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(yīng),還會和手指反應(yīng)。疼痛還產(chǎn)生了另一個意外的實驗。我在褲子上摩擦手指,并且又雙叒發(fā)現(xiàn)了一個新知識——硝酸會和褲子反應(yīng)。
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(xiàn)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?!?/p>
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