金雨
原理:這是硝酸鉛與碘化鉀發生的復分解反應,其中析出的金黃色結晶為碘化鉛。反應式:Pb(NO3)2 + 2KI → 2KNO3 + PbI2 ↓
花絮:碘化鉛晶體是一種可以用于X射線和γ射線探測的材料。
危險:高,處理鉛鹽時必須謹慎防護以防中毒。
綠焰
原理:這種看起來效果相當中二的火焰是硼酸三甲酯燃燒產生的。硼酸三甲酯是一種無色透明、高度易燃的液體。青綠色火焰是硼原子的焰色反應特征。
花絮:鋇鹽和銅鹽的焰色反應也呈現綠色。下圖是氯化銅(左)與硼酸三甲酯(右)的焰色對比:
危險:中高。這種液體非常易燃。
魔性之環
原理:這是一個發生在平皿薄層上的B-Z反應(Belousov-Zhabotinsky反應)的例子。B-Z反應是一種化學震蕩反應,它最早在20世紀50年代被發現。反應體系會在兩種狀態之間不斷進行周期性變化,平皿上的“波紋”也會不斷變換。B-Z反應有多種版本,上圖中是它的一個常見版本,溴酸鹽與丙二酸發生氧化還原反應,以鈰鹽及鄰二氮菲亞鐵離子(ferroin,在還原態為紅色,氧化態為藍色)作為催化劑和反應指示劑。
花絮:目前,對B-Z反應的動力學研究依然在進行中,研究者們也對反應過程進行了很多數學計算。下面就是一個計算機模擬出的平皿B-Z反應的圖像,是不是感覺更加魔性了呢……
危險:中低。反應本身并不劇烈,不過溴酸鹽對人具有刺激性,配制反應溶液時依然要注意防護。
水下花園
原理:在硅酸鈉的水溶液中加入一些金屬鹽類的結晶顆粒(例如銅鹽、鈷鹽等),就可以觀察到溶液中樹枝狀的結構逐漸“生長”的過程。投入的結晶顆粒逐漸溶解,釋放出金屬離子,而這些金屬離子又會與硅酸鈉形成難以溶解的硅酸鹽結晶,沉積在最初的結晶顆粒之上。而且,各種過渡金屬離子的硅酸鹽還可以呈現不同的顏色,使花園更加美麗。以下是“花園”中常用的一些反應物和對應的硅酸鹽顏色:
明礬(硫酸鋁鉀)——白色
硫酸銅——藍色
三氯化鉻——綠色
硫酸鎳——綠色
硫酸亞鐵——綠色
三氯化鐵——橙色
氯化鈷——紫色
花絮:如果把化學花園搬到太空中會是什么樣?NASA曾在國際空間站上進行過實驗
危險:較低。
氫化鈉
原理:這是氫化鈉與水發生的反應,生成氫氧化鈉和氫氣,溶液中加入了酚酞作為指示劑,因此呈現紫紅色。
花絮:氫化鈉是一種堿性非常強的物質,它可以奪取很多化合物中的質子形成相應的鈉化合物,這在有機合成中非常實用。
危險:高。氫化鈉的性質非常活潑,反應劇烈。
碘鋁反應
原理:碘單質與金屬鋁的粉末混合,并加入少量水即可引發劇烈反應。主要反應式:2Al(s) + 3I2(s) → Al2I6(s),水在其中起到催化劑的作用。隨著反應進行,碘單質也會升華形成紫色的碘蒸氣。
花絮:說到鋁粉,最讓人印象深刻的大概就是鋁熱反應了,下面就讓我們來重溫一下:
危險:中高。反應劇烈,碘蒸氣具有刺激性,應注意保護眼部,并在通風櫥中進行。加水后反應可能需要稍等片刻才會開始,此時不要著急湊近查看。
金色氧化鋅
原理:在加熱至高溫時,白色的氧化鋅粉末會逐漸變成金黃色,在空氣中冷卻時顏色又會褪去。產生顏色的原因是高溫下氧化鋅晶體失去部分氧原子,從而形成晶格缺陷。
花絮:很多寶石的色彩也與晶格缺陷有關,例如彩色的鉆石。
危險:中高。觀察氧化鋅變色需要將其加熱到800℃左右,使用高溫火焰需要格外當心。