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酷炫动图背后的化学反应  

来自iAcro—Bzy   2016-10-15 15:48:03|  分类: 默认分类 |举报 |字号 订阅

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鲁米诺发光

原理:鲁米诺(3-氨基邻苯二甲酰肼)是一种常用的发光化学试剂。在演示实验中,一般用双氧水和一种氢氧化物碱(例如氢氧化钠)的溶液作为激发剂,并用含铁化合物催化过氧化氢分解。鲁米诺与氢氧化物反应生成了一个双负离子,这个离子又可以与过氧化氢分解产生的氧气反应,生成激发态的3-氨基邻苯二甲酸,当它回到基态时,就会发出蓝色的光。

图片来自:wikipedia

花絮:估计不少人都是从刑侦剧或者推理小说中听说鲁米诺试剂的,如果将上述反应中的催化剂换成血液中的铁,这也就成了一个检测痕量血迹的反应。

危险:较低,需要留意氢氧化物和双氧水的腐蚀性。


人造烟雾

原理:在纸片的不同位置上事先分别滴上了浓盐酸和浓氨水,这两种东西都有极强的挥发性,而它们在空气中相遇也会形成氯化铵,营造出烟雾效果。

花絮:另外一个常见的演示实验“氨气喷泉”展示了这种气体在水中极强的溶解性。当瓶中的氨气接触含有酚酞的水时,它们迅速溶解造成瓶内压强减小,形成粉色的倒吸喷泉:

危险:较低,不过浓盐酸和浓氨水具有刺激性,需要注意通风,避免吸入。


火球

原理:右边两个表面皿中的固体和液体分别是高锰酸钾与浓硫酸。在这里,浓硫酸表现出了它的“脱水性”,它与高锰酸钾固体反应,生成了七氧化二锰(高锰酐)。七氧化二锰是一种不稳定的强氧化物,当它接触到棉花时,可以与之反应并造成燃烧。

花絮:在历史上,硫酸也曾经被用于引燃火柴。第一个现代意义上的火柴是1805年时让·斯尔(Jean Chancel)发明的,火柴头上加入了氯酸钾、硫磺、糖等物质,使用时需要在装硫酸的小瓶中浸一下引发反应。

危险:中高,浓硫酸需要格外小心操作,注意防护并远离易燃物,需要在通风良好处进行。高锰酐具有腐蚀性、强氧化性和爆炸性,实验时应佩戴护目镜或面罩,并保证只进行少量混合。不要擅自增加反应物量或用其他有机物反应,因为反应可能会过于剧烈。


聚合泡沫

原理:这是生成聚氨酯泡沫材料的反应,原料包括异氰酸酯、多元醇以及发泡剂等助剂。聚氨酯(PU)是指主链中含有氨基甲酸酯特征单元的一类高分子,它们化学性质稳定,而且力学性能也有很大的可调性,因此在工业和生活中都有广泛的应用。聚氨酯泡沫可以作为保温材料使用。

花絮:举个例子,就能让你体会到聚氨酯的“戏路”有多广:市面上的人造皮革制品大多是聚氨酯材质的,而最常见的非乳胶型避孕套所用的也是聚氨酯,它还可以做成沙发软垫和鞋底。

危险:较低,应注意避免吸入,避免接触皮肤和眼睛。聚氨酯泡沫本身是相当易燃的,因此很多商业产品都会预先加入阻燃剂。


干冰与镁

原理:镁条点燃后放在干冰当中,反应式:2Mg +CO2 → 2MgO + C,反应发出耀眼的强光。

花絮:最早的闪光灯就利用了镁发出的强光,因此它也被称为“镁光灯”。

危险:高。反应过程中,有火花溅出的可能,需要移除附近所有的可燃物,并使用防护隔板。


红绿灯

原理:瓶中的溶液加入了3种成分:氢氧化钠、D-葡萄糖和靛蓝胭脂红(indigo carmine,或称酸性靛蓝)。靛蓝胭脂红是一种氧化还原指示剂,而同时它又有酸碱指示剂的作用,也就是说,在氧化还原反应和pH值的作用下,它可以变幻出多种颜色。靛蓝胭脂红有三种颜色不同的氧化还原状态,在这个反应体系中,当振摇瓶子时,它会被空气中的氧气氧化, 而在静置时又被葡萄糖还原,由此就造成了变色。如果在不同的pH环境中进行反应,颜色也会随之改变。下图中总结了具体的变色状态:

根据皇家化学学会提供的内容重新制图。

花絮:除了指示剂,靛蓝胭脂红还有别的用途。它是一种食品色素(E132),在一些泌尿系统手术中也会用到它。

危险:低。在这里氢氧化钠起到调节pH的作用,不会用到很浓的溶液,葡萄糖和靛蓝胭脂红也比较安全。


分层变色

原理:试管下面橙色的部分是加入了一些硫酸的重铬酸钾溶液,上面透明的部分是乙醚,引发反应时在其中加入了一些双氧水。接下来,体系内会发生剧烈的反应,上面的有机层变成蓝色,并产生气体。

当加入过氧化氢时,水相中会发生如下反应:K2Cr2O7 + H2SO4 + H2O2 → 2 CrO5 + K2SO4 + 5H2O。这里生成的过氧化铬(CrO5,又叫五氧化铬)是一种不稳定的过氧化物,它可以溶于乙醚,并带来深蓝色。而不稳定的过氧化铬还会继续发生反应,生成三价铬盐:2CrO5 + 7H2O2 + 3H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 10H2O + 7O2,试管中冒出的气泡就是这步反应中产生的氧气。

花絮:过氧化铬在水溶液中也是蓝色的,只不过通过乙醚萃取,可以让蓝色保持较长的时间,以方便观察。

危险:中高,反应剧烈,需要戴好手套和护目镜,不要把试管装得太满。




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