檸檬樹上檸檬果，檸檬樹下只有我。

在這個(gè)方便獲取各種信息的時(shí)代，我們的「羨慕嫉妒恨」來得也更加容易。

為啥別人就有齁甜的愛情、兄弟姐妹的友情，我就只能坐在高高的檸檬山上?。╟hi）檸檬。

　　

我酸了

就像物理學(xué)家總是在追求用簡潔的物理公式和定理表達(dá)和總結(jié)規(guī)律一樣，大家平時(shí)也都不喜歡多說話。能用「我酸了」，就絕不會(huì)再用「羨慕嫉妒恨」。

檸檬里的酸主要為檸檬酸。在很多水果中，我們都能找到檸檬酸，特別是在柑橘類的檸檬和青檸中。

對于水果中的酸，其最大的作用是為了保護(hù)它自己，這是一種在柑橘類水果中產(chǎn)生的天然防腐劑。比如我們經(jīng)常吃的食物里面，有的就會(huì)添加食品添加劑——山梨酸，以及其有機(jī)鹽，比如山梨酸鉀等。這種食品添加劑對酵母、霉菌和許多真菌等都有抑制作用，從而可以延長食品保質(zhì)期，讓食品保存得更久。

所以到底什么是酸呢？在一般的課本中的傳統(tǒng)定義，當(dāng)溶液中的氫離子的濃度大于純水中的氫離子濃度的時(shí)候，我們就稱其為「酸」。

當(dāng)然在近現(xiàn)代化學(xué)中，也有很多其他的定義方法，比如布朗斯特-勞里（Br?nsted-Lowry）酸——它定義能提供質(zhì)子（其實(shí)就是氫離子）的是酸，而能接受質(zhì)子的是堿。

又比如路易斯酸，酸在這種時(shí)候被定義為電子的接受者，一方面做好防守，保護(hù)自己的電子不被剝奪，另一方面提升進(jìn)攻，提供質(zhì)子去剝奪別人的電子，這就可以得到更強(qiáng)的酸。這種定義下的酸的范圍變得更為廣泛，因?yàn)榇藭r(shí)已經(jīng)拋棄了氫和氧的存在，只關(guān)注其和電子的關(guān)系。

知道了什么是酸，我們還要建立一個(gè)指標(biāo)，方便大家比較誰到底更「酸」。這是衡量一個(gè)稀溶液的酸堿度的公式。

其中 [H+] 指的是溶液中氫離子的濃度。在這種定義下，這么定義的好處顯而易見，我們不再用慢慢地?cái)?shù)溶液濃度里面的數(shù)到底是小數(shù)點(diǎn)后幾位，方便比較了。比如標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下自然電離出來的氫離子濃度為 0.0000001，所以純水的 pH 值為 7。一杯檸檬汁的 pH 值則為 2.4。所以檸檬真的挺酸的……

不過上式的濃度在非標(biāo)準(zhǔn)情況下要替換成氫離子的活度。比如隨著溫度的升高，水分子會(huì)越來越容易電離，從而氫離子濃度會(huì)升高，所以按照稀溶液的計(jì)算公式去算純水的 pH 值，我們會(huì)得到 pH < 7。但是它依舊是中性的，氫離子濃度和氫氧根的濃度相同，計(jì)算的 pH 值理應(yīng)依舊為 7。此時(shí)氫離子的濃度要用活度來替換，在一般的稀溶液中，氫離子的活度約等于氫離子的濃度。

所以哪天真的酸了，不要慌，不就是身上的氫離子多了一點(diǎn)，濃度高了一點(diǎn)而已嘛。就算全世界都不要你了，還有那么多氫離子陪你呢。

你才酸了

雖然現(xiàn)在都會(huì)說自己恰檸檬了，但是有的人是真的「酸」，有的人是假的「酸」。怎么區(qū)別他們？我們就需要借助酸堿指示劑的力量。

為了方便使用，我們肯定不能選實(shí)驗(yàn)室里才能用的那些玩意。但是在大自然中就有很多天然的酸堿指示劑，比如花青素的顏色就會(huì)隨著身處環(huán)境的酸堿值而有所變化，從酸性環(huán)境的紅色到紫色，再到堿性環(huán)境下的藍(lán)色。加一點(diǎn)醋，就變成了紅色；加一點(diǎn)小蘇打，就會(huì)變成藍(lán)色。葡萄，藍(lán)莓，紫米，紫甘藍(lán)等都有著類似的現(xiàn)象，因?yàn)樗鼈兌己谢ㄇ嗨亍?/p>

想要知道別人酸沒酸，讓 ta 吃碗紫米粥吧。

檸檬山

雖然一個(gè)檸檬就已經(jīng)很酸，但是一顆檸檬真的不夠，我還想要一座高高的檸檬山。

如何堆出一座密度最大的檸檬山，在一定空間內(nèi)堆疊最多的橙子，這就涉及到了最密堆積問題。在幾何上，在一定范圍內(nèi)放置最多不重疊的球體的方式被稱為最密堆積，這些球體的形狀一般是相同的。在三維中有兩種常見的最密堆積方式，一種被稱為面心立方（fcc），另一種則被稱為六方堆積（hcp）?？臻g的最大利用率為 74.05%。雖然最密堆積在 1611 年就由開普勒提出來，但是直到最近十幾年猜得到利用計(jì)算機(jī)的窮舉法證明以及形式化證明。

這個(gè)開普勒猜想雖然大家都覺得挺對的，問題的內(nèi)容一般人也都能看懂，但是就是拿它沒什么辦法，儼然就是一種賤賤的你來打我呀的欠打模樣。

其實(shí)在自然界中，比如金屬中的原子排布方式，就是遵循最密堆積的方式把原子摞起來的。比如銅就是面心立方最密堆積，而鋅就是六方最密堆積的。

所以說「我坐在高高的檸檬山上」根本不能體現(xiàn)出你到底有多酸，要想“酸得有質(zhì)量，酸得有水平，酸得高密度”，你要說「我坐在高高的最密堆積的檸檬山上」。

檸檬電池

真的要說檸檬上有什么用途的話，排除喝一杯檸檬水幫助科學(xué)家們醒一下腦這種非正規(guī)用法以外，應(yīng)該就屬果蔬電池了。

果蔬電池是一個(gè)經(jīng)典的小實(shí)驗(yàn)，如果把檸檬、土豆之類的蔬果上分別插上一個(gè)銅片和一個(gè)鋅片，再用導(dǎo)線把兩極連接起來，就得到了一個(gè)簡易的小電池（如果土豆都能做服務(wù)器，為啥檸檬不能做檸檬服務(wù)器）。

電池是一種化學(xué)能存儲器，當(dāng)電池接通時(shí)，它會(huì)迅速把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。在大多數(shù)電池中都含有較為活潑的金屬。這些金屬提供電子。我們常見的檸檬電池使用檸檬，鋅（或者鐵釘），銅釘，電線和電流計(jì)構(gòu)成。當(dāng)連上導(dǎo)線接通電路，檢流計(jì)上指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電子從鐵釘流到銅。

發(fā)生氧化的電極是負(fù)的，提供電子，稱為陽極。

發(fā)生還原的電極是正電極，接收電子，稱為陰極。

在陽極，金屬鋅被氧化，并以 Zn?2+?離子的形式進(jìn)入酸性溶液：

Zn →?Zn?2+?+ 2e-

在銅陰極處，氫離子被還原形成氫分子：

2H+?+ 2e-?→ H2

你現(xiàn)在在用的手機(jī)里面的電池，里面最基本的原理也和這個(gè)小小的會(huì)發(fā)點(diǎn)電的檸檬差不多。只不過里面用的是鋰離子。從這里看起來「酸」還是有點(diǎn)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的，以后出門也就插上電極就能當(dāng)電池用，再也不用擔(dān)心手機(jī)沒電了。

從檸檬電池的原理中我們可以看出來，陰極會(huì)不斷釋放離子進(jìn)入檸檬。用檸檬做電池的結(jié)果之一就是檸檬會(huì)變軟，酸度降低，生成鋅的有機(jī)鹽。雖然鋅是身體必須的微量元素，但是經(jīng)過試驗(yàn)以后難保不會(huì)有其它的有毒金屬離子進(jìn)入檸檬，為了您的生命安全，小編建議您檸檬用完以后就扔了吧……

早些年的時(shí)候，曾經(jīng)有過一個(gè)野外求生視頻，教你使用檸檬電池來點(diǎn)燃鋼絲絨，從而在野外生火。

然而事實(shí)很殘酷，雖然大約兩節(jié)干電池就能點(diǎn)燃鋼絲絨，但是檸檬電池還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。檸檬電池的電壓大概為 0.7V 左右，最大只能產(chǎn)生 1 mA 左右的電流。比起普通的干電池，產(chǎn)生的電流脈沖的強(qiáng)度要小了上百倍。由于發(fā)熱功率和電流與電壓的乘積直接相關(guān)，所以用干電池很容易就能做出來的燃燒現(xiàn)象，對于檸檬來說并不易得。

或許，一座檸檬山的檸檬串聯(lián)起來才能用來野外求生……那我為啥不選擇一個(gè)打火機(jī)或者火柴呢。因此，下次電源耗盡時(shí)，請不要打算將檸檬作為緊急用品的一部分。只需準(zhǔn)備一盒火柴就可以省去很多麻煩。對于檸檬電池的最合理的用法，還是出現(xiàn)在課堂上，用它來介紹電池的原理。

* 參考內(nèi)容：

[1]?山梨酸，酸，pH?的維基百科頁面?https://en.wikipedia.org/wiki/Sorbic_acid??https://en.wikipedia.org/wiki/Acid??https://en.wikipedia.org/wiki/PH

[2]?最密堆積，wikipedia??https://en.wikipedia.org/wiki/Sphere_packing

[3]?How to make fire with a lemon，YouTube? https://www.youtube.com/watch?v=Bv2vT665bGI

[4]?Staring fires with a lemon real or hoax? https://www.offgridweb.com/preparation/starting-fires-with-a-lemon-real-or-hoax/

[5]?Lemon Battery: How it works - the chemistry behind it? http://www.dynamicscience.com.au/tester/solutions1/magicofsci/lemonbat.html

[6]?No, A Lemon Can't Actually Start Fires And Here's Why? https://www.gizmodo.com.au/2016/07/no-a-lemon-cant-actually-start-fires-and-heres-why/