33種化學(xué)原理動圖, 讓你秒懂化學(xué)反應(yīng)原理!(上)

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1 . 硫氰酸汞分解(“法老之蛇”)

原理:硫氰酸汞受熱分解,部分產(chǎn)物燃燒。
2Hg(SCN)2→ 2HgS + CS2 + C3N4
CS2 + 3O2 → CO2 + 2SO2
2C3N4 → 3(CN)2 + N2
花絮:硫氰酸汞于1821年由德國人合成,之后不久它燃燒的特殊現(xiàn)象就被發(fā)現(xiàn)。很長一段時(shí)間里作為一種焰火在德國出售,但是最終因?yàn)槎嗬『⒄`食而中毒的事故被禁止。
錄制者:ChemToddler
危險(xiǎn):高。汞化合物有毒,反應(yīng)產(chǎn)生的硫化汞、二氧化硫和氰氣也有毒。沒有通風(fēng)櫥和專業(yè)人士指導(dǎo),切勿自行嘗試!
2 . 火柴燃燒

原理:火柴頭包含紅磷、硫和氯酸鉀。擦火柴時(shí)產(chǎn)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(xué)家約翰·沃克首先使用了氯酸鉀,但他的火柴非常危險(xiǎn),經(jīng)常有火球掉下去把衣服和地毯點(diǎn)著。
錄制者:UltraSlo
危險(xiǎn):很低,但請勿給小孩火柴玩,可能造成火災(zāi)。
3 . 氫氣遇到火

原理:氫氣易燃易擴(kuò)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。
錄制者:Prf Slo & Dr Mo
危險(xiǎn):中。由于爆炸可能傷人,請像圖中那樣遙控點(diǎn)燃。
4.汞和鋁銹
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(yīng)。而汞會破壞這一保護(hù)層,使得鋁迅速“生銹”。
這是一段延時(shí)攝影。該過程真實(shí)長度約半小時(shí)。如果畫面下移,你會看到底下有一大堆鋁銹粉末。
花絮:這是飛機(jī)上嚴(yán)禁攜帶水銀的原因之一。有傳說稱二戰(zhàn)時(shí)一些美軍突擊隊(duì)員會攜帶汞用來破壞德國飛機(jī)。
錄制者:Theodore Gray
危險(xiǎn):中低。汞單質(zhì)有毒,不可食用,請?jiān)诳諝饬鲃油〞车牡胤綄?shí)驗(yàn)以免汞蒸汽中毒。
5.鐵棒與硫酸銅

原理:將除銹處理后的鐵棒放入硫酸銅溶液中,鐵單質(zhì)比銅更加活潑,置換出來的銅形成漂亮的松散沉淀。
溶液原本是藍(lán)色的(水合銅離子顏色),隨著反應(yīng)進(jìn)行,藍(lán)色逐漸變淡。
花絮:銅離子本身并沒有藍(lán)色,無水硫酸銅是白色粉末。水溶液中藍(lán)色的是六水合銅離子。
錄制者:DizzyCtube
危險(xiǎn):低。銅溶液有毒,不可食用。
6.氣體點(diǎn)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(jìn)入,燃燒面逐漸下移。
錄制者:FabianOefner
危險(xiǎn):中高??扇?xì)怏w處理不當(dāng)極易導(dǎo)致爆炸。
7.燃燒的鎂投入水中

原理:常溫下鎂與水其實(shí)就可以反應(yīng),但除非是鎂粉,否則速度很慢。高溫時(shí)二者會劇烈反應(yīng)生成氧化鎂和氫氣。氫氣繼續(xù)燃燒,和燃燒的鎂一起產(chǎn)生炫目的光影效果。
花絮:這個(gè)反應(yīng)是日本設(shè)計(jì)的一種試驗(yàn)性發(fā)動機(jī)的基本原理。鎂和水反應(yīng)生成的氧化鎂在激光的作用下重新分解成鎂單質(zhì)和氧氣,整個(gè)反應(yīng)只消耗水,而激光則由太陽光提供動力。不過這一發(fā)動機(jī)投入使用似乎還很遙遠(yuǎn)。
錄制者:Periodic Videos
危險(xiǎn):中。鎂燃燒時(shí)高溫,遇水劇烈反應(yīng)可能濺出紅熱液態(tài)鎂導(dǎo)致燙傷
8.丙酮“溶解”泡沫塑料
原理:淺淺一層丙酮并不能真的把整塊泡沫塑料“溶解”,實(shí)際上它只是溶解了聚苯乙烯的長鏈,讓泡沫塑料里的大量空氣逃逸出去。但是,長鏈交聯(lián)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(fā)生的事情與此類似。
錄制者:Barrett
危險(xiǎn):低。丙酮有一定毒性和揮發(fā)性,應(yīng)在通風(fēng)處實(shí)驗(yàn),勿飲用。
9.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(nèi)都有發(fā)現(xiàn)。在細(xì)胞內(nèi)它的主要作用是催化活性氧成為氧氣,阻止它破壞細(xì)胞。過氧化氫酶也是所有酶中效率最高的酶之一,每個(gè)酶分子每秒鐘可以催化數(shù)百萬個(gè)過氧化氫分子。
錄制者:Igor30
危險(xiǎn):低至中。高濃度過氧化氫腐蝕性很強(qiáng),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……
10.大象牙膏

原理:這個(gè)反應(yīng)的核心和上期里的血液反應(yīng)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(chǎn)生大量氧氣,在肥皂作用下形成泡沫涌出。
一種更加安全的版本是用低濃度(3%-6%)過氧化氫,用干酵母作為催化劑,原料更易得,但反應(yīng)也沒有那么劇烈。
花絮:反應(yīng)后會有大量氧氣聚集在瓶內(nèi),可以試著關(guān)燈然后往里丟一根火柴觀察燃燒。小心火災(zāi)。
錄制者:chemtoddler
危險(xiǎn):低至中。濃過氧化氫腐蝕性強(qiáng),處理時(shí)請戴手套。
P.S.這個(gè)實(shí)驗(yàn)還有一種做法(出處未找到):
11.燈泡中的的宇宙

原理:這是一個(gè)閃光燈泡,內(nèi)裝鋅絲和氧氣,通電即點(diǎn)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(xiàn)代電子閃光燈出現(xiàn)之前它是主要的閃光道具,抵達(dá)滿亮度所花時(shí)間更長,但燃燒時(shí)間也更長。
此圖在網(wǎng)上傳播時(shí)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(shí)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(huán)境下鎂粉和氯酸鉀混合點(diǎn)燃。這就是“鎂光燈”一詞的來歷。
此外,許多網(wǎng)友表示,“這就是我們的宇宙啊”。
錄制者:2FC filmpruduction
危險(xiǎn):低。使用后燈泡會非常燙,不可立即用手碰。
12.五光十“銫”

原理:銫是活潑的堿金屬,和水爆炸式反應(yīng)生成氫氣。高速攝影需要極強(qiáng)的光,光照產(chǎn)生的高溫使得銫無法保持固態(tài),因此實(shí)驗(yàn)采用安瓿來裝液態(tài)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(yīng)留下尾跡,大塊入水后產(chǎn)生爆炸式反應(yīng)。
花絮:在互聯(lián)網(wǎng)上有這樣一個(gè)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里量出體積,就知道了銫塊的體積。”也許這才是愛迪生耳聾的真正原因?
錄制者:PeriodicVideos
危險(xiǎn):高。銫與水反應(yīng)非常劇烈,注意防護(hù)。
13.鋅火

原理:這種液體是二乙基鋅。它是一種極易燃燒的有機(jī)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(lán)色火焰,但是網(wǎng)上流傳最廣的視頻/動圖來自2008年諾丁漢大學(xué),他們拍到了黃色的火焰——照他們自己的說法,這是鈉污染所致。

花絮:二乙基鋅于1848年發(fā)現(xiàn),是第一個(gè)有機(jī)鋅化合物。它在有機(jī)合成中的應(yīng)用極其廣泛,也曾被早期火箭研究者用作液體燃料。
錄制者:PeriodicVideos
危險(xiǎn):高。能自燃的沒幾個(gè)好東西,何況是液態(tài)。
14.火山炎魔

原理:外層紅色粉末是重鉻酸銨,它不穩(wěn)定,受熱分解可以產(chǎn)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(fā)。
而藏在里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(gè)外號叫“維蘇威之火”,就是因?yàn)樗倪@個(gè)效果。它在焰火和早期攝影術(shù)里都有應(yīng)用。搭配硫氰酸汞感覺像是召喚了克蘇魯……
錄制者:Trollator
危險(xiǎn):高。重鉻酸銨和所有六價(jià)鉻一樣有毒、有刺激性。密閉容器中受熱可能導(dǎo)致爆炸。至于硫氰酸汞請參見上期。
15.鋁遭遇溴

原理:鋁是極活潑的金屬,因?yàn)楸砻嬷旅苎趸瘜佣诳諝庵蟹€(wěn)定,但會和很多其它氧化劑劇烈反應(yīng)。溴就是其中之一。生成的三溴化鋁溶于水的反應(yīng)也會放熱,可能導(dǎo)致爆炸。實(shí)驗(yàn)完的試管必須先冷卻然后用輕柔的水流慢慢溶解,清洗后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(tài)其實(shí)是Al2Br6,它十分穩(wěn)定,哪怕氣化之后也只有一部分會分解成AlBr3。
錄制者:ChemToddler
危險(xiǎn):高。溴有揮發(fā)性和腐蝕性,吸入有毒,需防護(hù)措施。反應(yīng)劇烈且有噴濺,請務(wù)必從少量開始!
等一個(gè)一鍵三連
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