酷炫動圖（三十一）：化學篇
美好、實用、魔性&喪病的化學動圖們又回來啦~
例行警告：前方高流量消耗反應，沒有連上 Wi-Fi 的手機黨請迅速關閉此頁面！
燃燒鉆石
原理：作為一坨碳，只要給予足夠的熱和氧氣，鉆石就可以燃燒。不過，它們燃燒的條件還是比較高。鉆石在純氧中的燃點約為 720~800℃，而在空氣中則為 850~1000℃[3]。上圖中的鉆石燃燒在石英管中進行 ，其中通入了氧氣，藍色的火焰據說來自中間生成的一氧化碳（燃燒比較和緩，仔細看，它真的在動……）。另外，這里用的是人造鉆石，不用太心疼。
花絮：當然，如果想看劇烈的燃燒現象，還有比純氧更厲害的一招——液氧。下面是一個液氧燃燒鉆石的反應，事先對鉆石進行加熱，然后放進了液氧。
原視頻來自：Douglas Macdonald
危險：高。高溫火焰和液氧都相當危險，不過相信你們不會去燒鉆石的。
人造絲
原理：這里演示的是一種“人造絲”（Rayon）的制備方式。與尼龍之類純粹的合成品不同，人造絲是一類由天然纖維素加工而成的“再生纖維”。這里所用的是銅氨法，首先用堿式碳酸銅和氨水得到了深藍色的銅氨絡合物溶液，反應式：
CuCO3.Cu (OH)2.H2O(s) + 4NH3(aq) → CuCO3(s) + [Cu (NH3)4]2+(aq) + 2OH–(aq) + H2O(l)
銅氨溶液可以溶解棉絮之類的纖維素成分，形成可溶性的復合物，而當它遇到酸性環境時，又會再次形成固化的纖維。上圖中顯示的，就是通過注射器將溶解了纖維素的銅氨溶液注入硫酸溶液中，形成“人造絲”纖維的過程。只不過，比起實際生產所用的噴絲頭，這個注射器針頭還是太粗了一些。此后，溶液還會溶解洗脫掉纖維中的銅鹽，最終得到無色的制品。
花絮：銅氨法是一種經典的人造絲生產方法，在 19 世紀，瑞士化學家馬蒂亞斯·愛德華·施韋策（Matthias Eduard Schweizer）就發現了銅氨溶液溶解纖維素的性質，這種溶液因此被稱為 Schweizer 試劑。現在，生產再生纖維素纖維已經有了更多方法。“粘膠纖維”也是一種再生纖維素纖維，翻翻衣服的標簽，有時候就會看到它。
危險：較低，注意避免接觸酸堿溶液，避免吸入氨氣。
錄制者：Thoisoi2 - Chemical Experiments!
沉浮舞蹈
原理：這其實還是金屬鈉與水的反應，只不過稍微加上了一點花樣。液體分成了上下兩層，上層是煤油，下層是水。金屬鈉與煤油不反應，并在其中下沉，接觸到水層之后引發反應。反應生成的氣泡推動小鈉塊上浮，接下來，繼續下沉-反應-上浮-再下沉的循環。
水溶液的顏色來自酸堿指示劑與反應生成的堿，粉紅色的一邊加入了酚酞，藍色的一邊加入了百里酚酞（Thymolphthalein）。
危險：中。煤油控制了反應節奏，因此該反應看起來更加柔和，但使用金屬鈉仍需要控制用量、小心操作。另外請注意，用量筒進行反應不是規范操作，請不要模仿……
錄制者：Thoisoi2 - Chemical Experiments!
誰喝咖啡了？
原理：這個轉圈圈的 3D 模型，顯示的是一間辦公室，和其中的四個人。在藍色底的模型上，我們可以看到一些黃色、橙色、紅色的痕跡。其實，這是房間中咖啡因殘留分布情況的一個可視化的再現。
為了做出這幅圖，研究者首先把小房間里的表面一塊塊地進行擦拭取樣（連其中的人也沒放過），然后將這些取得的樣品利用液相色譜-質譜聯用進行檢測。在這里，檢測的目標是各種表面上殘余的少量咖啡因。液相色譜可以將各種性質不同的化學物質分開，而質譜結果可以提示每一種成分的化學結構特征，把它們聯合起來，這種檢測方法的靈敏度相當高。而在得到了數據之后，研究者們就重建出了這個三維分布圖。可以看到，人們的手上、口唇周圍沾著咖啡因的痕跡，而地上也有一塊咖啡潑灑留下的斑痕。
花絮：研究團隊還制作了下面這張色彩斑駁的彩點圖。它體現的是人體皮膚表面的細菌和化學物質多樣性。兩位甘愿為科學獻身的健康志愿者 3 天沒有洗澡，隨后由研究人員用棉簽在他們身體半邊的 400 個位點分別拭取了樣品進行分析。
圖片來自：Bouslimani et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 112, E2120–E2129 (2015)
危險：對普通人沒什么風險，反正也沒有設備……
指紋現形
原理：在培養皿里按下一個指紋，然后滴上兩滴液體，蓋上蓋子等待，指紋就會慢慢顯現出來。這兩滴液體分別是水和強力膠，這是顯示潛在指紋的一種方法，關鍵在于強力膠中揮發的氰基丙烯酸酯成分在潮濕環境中發生聚合反應。實際使用該方法時，還會加熱強力膠促進蒸汽形成。
為什么反應會選擇性地在指紋的位置發生？確切的機制其實還不是很清楚，可能是指紋中殘存的氨基酸、水、乳酸鈉等物質引發了反應[1]。
花絮：除了紋路之外，通過化學分析，其實還能在一枚指紋中發現更多信息。例如有研究認為，指紋中殘留的化學成分可以提供判斷指紋主人性別的線索。
危險：較低。應注意避免吸入強力膠形成的蒸汽。
錄制者：MEL Science
迷你反應
原理：這是一套超迷你的反應設備，“反應器”內有一個小小的攪拌子，下方可以加熱，上方藍色的螺旋管道里還通上了冷凝水。這套迷你設備是這樣制作的：首先設計好內部需要的管路形狀，用 3D 打印把它們打印出來（攪拌子埋在了 3D 打印結構當中），接下來把這些結構放進聚二甲基硅氧烷中“澆筑”。等整體固化之后，再用適當的溶劑（丙酮）洗掉 3D 打印的部分，留下各種管道[2]。這種方法可以比較方便地制造出各種復雜的微管道結構，方便對少量流體進行處理和反應。
圖片來自：參考文獻2
花絮：聚二甲基硅氧烷（PDMS）是最常見的一種有機硅聚合物，固態和液態的 PDMS 材料用途都很廣泛，甚至還有研究者用 PDMS 制成的模型模擬了大腦形成褶皺的過程。
危險：較低。
錄制者：Vittorio Saggiomo, Aldrik H. Velders
水晶球
原理：其實，這依然是鈉與水的反應。換種方法控制反應節奏，能讓我們看到更多不同的景象。在這里，實驗者在水面上漂浮了一張咖啡濾紙，并把小鈉塊放在濾紙上進行反應。濾紙限制了鈉與水的接觸，反應看起來相對柔和，沒有在反應早期出現“爆炸”。隨著反應進行，小鈉塊逐漸變得紅熱，接下來又變成了一個晶瑩剔透的小球。
這個“水晶球”的成分應該是反應生成的氫氧化鈉，反應放熱使它處于熔融狀態。它能暫時在水面上安靜地存在，這可以用萊頓弗羅斯特效應來解釋，因為局部溫度遠高于水的沸點，所以形成了一層蒸汽，減少了水和它的接觸。而蒸汽層也總有撐不住的時候，動圖最后的“爆炸”就是熔融氫氧化鈉接觸到了水。
花絮：上圖中的現象錄制于 2014 年，而 2016 年一篇研究論文也報告了類似的反應現象，并通過紅外光譜證實，反應中出現的透明小球確實符合氫氧化物的特征。這一次，研究者們還用高速攝影拍下了反應的更多細節。
危險：中。涉及金屬鈉的實驗，依然需要小心操作，少放點鈉……
錄制者：Thoisoi2
（編輯：Ent）
參考資料：
- http://www.chm.bris.ac.uk/motm/superglue/supergluec.htm
- onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201500125/abstract
- https://en.wikipedia.org/wiki/Diamond
拓展閱讀
本文版權屬于果殼網（guokr.com），禁止二次轉載。如有需要，請聯系 sns@guokr.com
作者：窗敲雨
來自: 果殼網