烟在虚拟显微镜下放大100000000倍

有一个古老的化学魔术,讲的是如何把房间一角的烟移到另一个房间。我们将要解开这个秘密,在分子水平上用放大100000000倍的虚拟显微镜展示魔术背后的化学反应。最后是我们为什么选择这个化学实验来拍摄第一个视频的想法。


有一个古老的化学魔术:把吸得烟气吹进玻璃瓶里并把它倒置。同时,把另一个房间里的玻璃瓶也倒置。烟气穿过房间从第一个玻璃瓶里到另外一个玻璃瓶里。这个周末我尝试做这个实验, 抽了一整颗烟,咳嗽了半个小时。你们是怎么抽烟不咳嗽呀?

烟从一个玻璃瓶了传到另一个里

魔术背后隐藏这什么秘密?

我们直截了当的揭示这个魔术吧。烟没有神奇地传到任何地方。只是因为烟气吹到第一个瓶子里的时候,一种新的烟在另一个瓶子里形成了。这有两种气体-氯化氢(一种溶解在水中会产生盐酸的气体)和氨气(就是街头混混身上的味道)。这两种气体混合在一起会产生一种固体物叫氯化铵,就是我们看到的烟的颗粒物。可能你已经猜到了第二个瓶子里发生的反应:瓶子的内部布满了浓缩氯化氢的水溶液(盐酸),放置瓶子的桌子上喷了氨气浓缩液。当第二个瓶子倒置在桌子上时,两种气体的蒸汽混合,产生了烟。

氯化铵气体

这就是这个魔术。有很多方法可以用这两种液体靠近所产生的烟反应。从最简单的开始:拿两个棉花团,把他们浸入相应的液体里,拿出后彼此靠近,就可以欣赏到烟产生的效果。或者你可以用两个烟管,表演烟从一个烟管流动到另一个烟管, 让人惊艳一把。

我们的第一个视频为什么选择这个实验?

最初,我傻傻地以为我们应该以氢的燃烧开始。我认为它是最简单的化学反应:什么能比氧和最基本的元素氢的混合物更简单。我多愚蠢,多幼稚呀。我的原因是:氧分子接近氢分子,他们相互碰撞,当碰撞速度超过一定范围(就是气体足够热),他们以最高效的方式重组成水分子。但是这个反应不是像最初看起来的那么简单。俄国化学家Nikolay Semenov和英国物理化学家 Cyril Norman Hinshelwood因他们对这个化学反应机理的研究,在1956年共同获得了诺贝尔化学奖

然后我开始考虑溶剂里产生沉淀的化学反应。水性反应也很棘手。离子在水中移动不像自由粒子,是由一个离子和水分子强力结合而成的复杂结构,就是所谓的溶化物。仅这一事实表明,溶剂里的反应不是看上去那么简单。单独存在很漂亮,但混合时又产生复杂的反应,尤其是有催化剂时,如这种这种反应。

我们想从简单的开始,所以我们做了很多的化学实验,选择了这个。我们认为氯化氢与氨气反应产生烟是最容易理解和看见的化学反应。

我们的第一个视频

微生物学有很多很好的视频,显示的是内部的进程。这有一些例子:mRNA 转换DNA 复制DNA 转化成蛋白质DNA 如何运输

但是无机化学几乎没有这样的视频。我指的不是只是展示完美实验的视频,而是在分子水平上展现内部反应的视频。现在至少有一个这样的视频了,希望以后能有更多。

所以,想象一下,我们有一个可以放大100,000,,000倍的显微镜,放大到可以看到单独的原子。我们拿着显微镜,近一点看一下:


这是我第一次在周末和我的孩子们做实验,我尽量向他们展示究竟里面发生了什么。这比公式更有助于理解化学。订阅我们的更新在Twitter中关注我们学习虚拟显微镜下的新化学实验。

##有奖问答

这是我们今天的有奖问答:找到视频中的错误。我们已经找到了一些 - 一些是艺术原因,一些事因为时间不足。你能找到他们吗:在Twitt上告诉我们你的答案。