在化學實驗室裡,如何製造一個浪漫的「棉花糖」爆炸?

2020-12-05 悟空科學

作者:文/石蘭化學實驗在我們的孩童時代,一定是深受大家喜愛的體驗之一。在學校的化學實驗室,做著看似神奇、實則原理簡單的趣味實驗,成了那個時期無法替代的記憶。經典的化學實驗有很多,在你嘗試過的化學反應中,是否有一種叫做大象牙膏的演示實驗?任何一種實驗,只要把握好適當的劑量,一般是不會有安全隱患的。但下圖你所看到的,還能一眼認出它的本質嗎?桌面的物質,就像是化學實驗室裡的浪漫棉花糖一般,為何它的外觀會和我們平日裡所見的有如此巨大差異?

因為「大象的牙膏」這個實驗具有泡沫外觀,所以通常會將它用來揭示催化劑。該實驗中所涉及到的成分都容易獲取,所以就反應本身的成本而言是非常低的。在這組實驗中,需要用到洗潔精、碘化鉀、過氧化氫和食用色素。由兩個氧分子和兩個氫分子所組成的過氧化氫,是這個實驗中關鍵的成分,這些「分子之間的鍵」自然斷裂,隨著時間的推移,過氧化氫會逐漸變成氧氣和水。這也是為什麼出售的過氧化氫,都會以神色的棕色瓶子出售,因為暴露在光線下的它,會變化的速度更快。

整個實驗的設置過程比較簡單,就是將洗碗皂和過氧化氫混合,然後加入你喜歡的顏色的食用色素,這樣所產生出的棉花糖一樣的泡泡,會變成你想要的顏色。當加入碘化鉀以後,化合物中一部分的碘離子吸引過氧化氫中的氧,便能夠破壞「鍵」並迅速將其轉化。然後,氧分子會被肥皂困住,從而形成了氣泡。有時,在添加到大象牙膏示範的一個步驟中,一個發光的夾板、一條溫度較高但不燃燒的木條插入氣泡中,將會被明亮的氧氣點燃。

在一般情況下,想要過氧化氫在氧氣和水中自然分解,相對來說是一個不明顯的緩慢過程。但在這個實驗中,因為使用了催化劑,所以才加速了這個反應過程。由於催化劑是一種化合物,所以才可以提高給定反應的速度。有一種碘鹽叫做碘化鉀,包括那些用於向食鹽中添加碘的膳食補充劑,都可以提供催化劑,當有了碘化鉀的存在,過氧化氫幾乎可以立刻被分解成氧氣和水。通常情況下,大象的牙膏實驗所創造的物質,都不過是一種滲透性的混合物,那麼,為什麼有的版本會看上去與眾不同,具有更強的視覺效果呢?

視覺效果更具有衝擊力的實驗,一般都是由於容器的形狀和成分的強度所導致的。在一般的大象牙膏實驗中,過氧化氫會有一個相對更安全的版本,3%的話就可以在家裡進行的實驗。至於催化劑,則可以選擇酵母,因為酵母中所含有的過氧化氫酶,這種物質也可以分解過氧化氫中的鍵。但有一點仍需要注意,那就是不要直接接觸反應所產生的「牙膏」,它可能會對你的眼睛和皮膚帶來感受不好的刺激。一開始所呈現的那個巨型「棉花糖」爆炸,是因為實驗者使用了比例較高的過氧化氫。當過氧化氫的含量達到30%以上,就會導致皮膚化學灼傷,還能夠將溶液加熱到數百度,所以,請不要在沒有足夠防護措施的地方做這樣的大型版本實驗。

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