徹底傻了!酷炫的化學實驗動態圖

2020-11-22 驅動之家

自從網際網路視頻時代到來,就有很多美麗的化學反應動圖在網上流傳。本文將對這些反應進行整理,對每一個反應給出原理、出處和危險指數。

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硫氰酸汞分解(「法老之蛇」)

原理:硫氰酸汞受熱分解,部分產物燃燒。

2Hg(SCN)2 → 2HgS + CS2 + C3N4

CS2 + 3O2 → CO2 + 2SO2

2C3N4 → 3(CN)2 + N2

花絮:硫氰酸汞於1821年由德國人合成,之後不久它燃燒的特殊現象就被發現。很長一段時間裡作為一種焰火在德國出售,但是最終因為多例小孩誤食而中毒的事故被禁止。

錄製者:ChemToddler

危險:高。汞化合物有毒,反應產生的硫化汞、二氧化硫和氰氣也有毒。沒有通風櫥和專業人士指導,切勿自行嘗試!

火柴燃燒

原理:火柴頭包含紅磷、硫和氯酸鉀。擦火柴時產生的熱量使紅磷和硫燃燒、氯酸鉀分解出氧氣輔助燃燒

花絮:最早的摩擦式火柴頭上只有硫,1826年英國化學家約翰·沃克首先使用了氯酸鉀,但他的火柴非常危險,經常有火球掉下去把衣服和地毯點著。

錄製者:UltraSlo

危險:很低,但請勿給小孩火柴玩,可能造成火災。

氫氣遇到火

原理:氫氣易燃易擴散,在空氣中可以爆炸式燃燒。

花絮:興登堡號飛艇的下場就是這一幕的放大版。

錄製者:Prf Slo & Dr Mo

危險:中。由於爆炸可能傷人,請像圖中那樣遙控點燃。

汞和鋁鏽

原理:鋁是高度活潑的金屬,但是表面的氧化鋁層阻止了它和空氣中氧氣完全反應。而汞會破壞這一保護層,使得鋁迅速「生鏽」。

這是一段延時攝影。該過程真實長度約半小時。如果畫面下移,你會看到底下有一大堆鋁鏽粉末。

花絮:這是飛機上嚴禁攜帶水銀的原因之一。有傳說稱二戰時一些美軍突擊隊員會攜帶汞用來破壞德國飛機。

錄製者:Theodore Gray

危險:中低。汞單質有毒,不可食用,請在空氣流動通暢的地方實驗以免汞蒸汽中毒。

鐵棒與硫酸銅

 

原理:將除鏽處理後的鐵棒放入硫酸銅溶液中,鐵單質比銅更加活潑,置換出來的銅形成漂亮的鬆散沉澱。

溶液原本是藍色的(水合銅離子顏色),隨著反應進行,藍色逐漸變淡。

花絮:銅離子本身並沒有藍色,無水硫酸銅是白色粉末。水溶液中藍色的是六水合銅離子。

錄製者:DizzyCtube

危險:低。銅溶液有毒,不可食用。

氣體點燃

原理:燃燒需要可燃物和氧氣接觸,狹窄的瓶口使得氧氣只能逐漸進入,燃燒面逐漸下移。

錄製者:Fabian Oefner

危險:中高。可燃氣體處理不當極易導致爆炸。

燃燒的鎂投入水中

原理:常溫下鎂與水其實就可以反應,但除非是鎂粉,否則速度很慢。高溫時二者會劇烈反應生成氧化鎂和氫氣。氫氣繼續燃燒,和燃燒的鎂一起產生炫目的光影效果。

花絮:這個反應是日本設計的一種試驗性發動機的基本原理。鎂和水反應生成的氧化鎂在雷射的作用下重新分解成鎂單質和氧氣,整個反應只消耗水,而雷射則由太陽光提供動力。不過這一發動機投入使用似乎還很遙遠。

錄製者:Periodic Videos

危險:中。鎂燃燒時高溫,遇水劇烈反應可能濺出紅熱液態鎂導致燙傷。

丙酮「溶解」泡沫塑料

原理:淺淺一層丙酮並不能真的把整塊泡沫塑料「溶解」,實際上它只是溶解了聚苯乙烯的長鏈,讓泡沫塑料裡的大量空氣逃逸出去。但是,長鏈交聯的地方丙酮無能為力,所以碗底部還會剩下殘存的聚苯乙烯。

花絮:502膠滴到泡沫塑料上發生的事情與此類似。

錄製者:Barrett

危險:低。丙酮有一定毒性和揮發性,應在通風處實驗,勿飲用。

血液和過氧化氫

原理:血液中有高效的過氧化氫酶,能夠催化過氧化氫分解為水和氧氣,大量氧氣形成泡沫效果。

花絮:過氧化氫酶是一種非常常見的酶,幾乎所有好氧生物體內都有發現。在細胞內它的主要作用是催化活性氧成為氧氣,阻止它破壞細胞。過氧化氫酶也是所有酶中效率最高的酶之一,每個酶分子每秒鐘可以催化數百萬個過氧化氫分子。

錄製者:Igor30

危險:低至中。高濃度過氧化氫腐蝕性很強,但低濃度比較安全。沒有其他威脅,除非你的血液來源有問題……

大象牙膏

原理:這個反應的核心和上期裡的血液反應一樣,是過氧化氫分解。30%過氧化氫和液體肥皂混合,加入一些食用色素,再加入碘化鉀作為催化劑。少量的過氧化氫就可產生大量氧氣,在肥皂作用下形成泡沫湧出。

一種更加安全的版本是用低濃度(3%-6%)過氧化氫,用乾酵母作為催化劑,原料更易得,但反應也沒有那麼劇烈。

這個實驗還有一種做法(出處未找到):

花絮:反應後會有大量氧氣聚集在瓶內,可以試著關燈然後往裡丟一根火柴觀察燃燒。小心火災。

錄製者:chemtoddler

危險:低至中。濃過氧化氫腐蝕性強,處理時請戴手套。

燈泡中的的宇宙

原理:這是一個閃光燈泡,內裝鋅絲和氧氣,通電即點燃,只能使用一次。外面包有一層塑料膜以防萬一燈泡破碎。在現代電子閃光燈出現之前它是主要的閃光道具,抵達滿亮度所花時間更長,但燃燒時間也更長。

此圖在網上傳播時很多人說它是燈泡燒斷的瞬間,可惜普通鎢絲燈泡到壽命時只會慢慢黯淡下去。

花絮:早期的閃光燈泡使用鎂絲,亮度不如鋅。更早的則是敞開環境下鎂粉和氯酸鉀混合點燃。這就是「鎂光燈」一詞的來歷。

此外,許多網友表示,「這就是我們的宇宙啊」。

錄製者:2FC film pruduction

危險:低。使用後燈泡會非常燙,不可立即用手碰。

五光十「銫」

原理:銫是活潑的鹼金屬,和水爆炸式反應生成氫氣。高速攝影需要極強的光,光照產生的高溫使得銫無法保持固態,因此實驗採用安瓿來裝液態銫。小錘擊碎安瓿瞬間,銫液滴傾瀉而出,在空中就和水蒸氣、氧氣反應留下尾跡,大塊入水後產生爆炸式反應。

花絮:在網際網路上有這樣一個釣魚貼:「……愛迪生等得不耐煩了,拿過銫塊,浸在水中,將溢出的水倒在了量杯裡量出體積,就知道了銫塊的體積。」也許這才是愛迪生耳聾的真正原因?

錄製者:Periodic Videos

危險:高。銫與水反應非常劇烈,注意防護。

鋅火

原理:這種液體是二乙基鋅。它是一種極易燃燒的有機鋅化合物,接觸氧氣便自燃。真正的二乙基鋅如此圖所示是藍色火焰,但是網上流傳最廣的視頻/動圖來自2008年諾丁漢大學,他們拍到了黃色的火焰——照他們自己的說法,這是鈉汙染所致。

花絮:二乙基鋅於1848年發現,是第一個有機鋅化合物。它在有機合成中的應用極其廣泛,也曾被早期火箭研究者用作液體燃料。

錄製者:Periodic Videos

危險:高。能自燃的沒幾個好東西,何況是液態。

火山炎魔

原理:外層紅色粉末是重鉻酸銨,它不穩定,受熱分解可以產生大量暗綠色灰燼(三氧化二鉻)和明亮的紅色火焰。

(NH4)2Cr2O7 (s) → Cr2O3 (s) + N2 (g) + 4 H2O (g)

這一效果很像火山爆發。

而藏在裡面的就是上期介紹過的硫氰酸汞「法老之蛇」了。

花絮:重鉻酸銨有個外號叫「維蘇威之火」,就是因為它的這個效果。它在焰火和早期攝影術裡都有應用。搭配硫氰酸汞感覺像是召喚了克蘇魯……

錄製者:Trollator

危險:高。重鉻酸銨和所有六價鉻一樣有毒、有刺激性。密閉容器中受熱可能導致爆炸。至於硫氰酸汞請參見上期。

鋁遭遇溴

原理:鋁是極活潑的金屬,因為表面緻密氧化層而在空氣中穩定,但會和很多其它氧化劑劇烈反應。溴就是其中之一。生成的三溴化鋁溶於水的反應也會放熱,可能導致爆炸。實驗完的試管必須先冷卻然後用輕柔的水流慢慢溶解,清洗後還要加入硫代硫酸鈉溶液以還原任何殘留的溴。

花絮:「三溴化鋁」真正的存在形態其實是Al2Br6,它十分穩定,哪怕氣化之後也只有一部分會分解成AlBr3。

錄製者:ChemToddler

危險:高。溴有揮發性和腐蝕性,吸入有毒,需防護措施。反應劇烈且有噴濺,請務必從少量開始!

暗之柱

原理:黑咖啡可不會變成這東西。杯中是對硝基苯胺和濃硫酸的混合物,加熱後發生非常複雜的反應——事實上,我們還不完全清楚反應的詳細過程。最後得到的黑色泡沫物原子比例為C6H3N1.5S0.15O1.3,幾乎肯定是對硝基苯胺交聯後的多聚物。整個反應有時被稱為「爆炸式聚合」。膨脹成這麼大這麼長是反應生成二氧化碳等氣體的功勞。

花絮:這個反應是70年代NASA研究者發現的,他們當時考慮過把它用作滅火劑——因為生成的黑色泡沫狀物非常穩定,隔熱性能也極好。

錄製者:plasticraincoat1

危險:中高。對硝基苯胺有毒,濃硫酸也有危險,反應還生成氮氧化物和硫氧化物氣體。

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