鑽石燃燒什麼樣？燒給你看！

探索 10-14

鑽石燃燒是什麼樣子的？不敢想不敢想，有錢人的快樂我想像不到。

但是，看看圖過過癮總是可以的。來，這裡有一波魔性/喪病/美好/實用的化學動圖，讓你一次性看個夠。

燃燒鑽石

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燃燒鑽石（5倍速）| wwwperiodictableru

作為一坨碳，只要給予足夠的熱和氧氣，鑽石就可以燃燒。不過，它們燃燒的條件比較高。鑽石在純氧中的燃點約為720~800℃，而在空氣中則為850~1000℃[3]。上圖中的鑽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。噢對了，這裡用的是人造鑽石，不用太心疼。

用液氧燃燒鑽石 | Douglas Macdonald

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。上圖是一個液氧燃燒鑽石的反應，事先對鑽石進行加熱，然後放進了液氧。

危險指數：

高溫火焰和液氧都相當危險，不過相信你們不會去燒鑽石的。

人造絲

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人造絲的製備 | Thoisoi2 - Chemical Experiments!

這裡演示的是一種「人造絲」（Rayon）的製備方式。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」。

這裡所用的是銅氨法，首先用鹼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，形成可溶性的複合物；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。此後，溶液還會溶解洗脫掉纖維中的銅鹽，最終得到無色的製品。

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，翻翻衣服的標籤，有時候就會看到它。

危險指數：

注意避免接觸酸鹼溶液，避免吸入氨氣。

沉浮舞蹈

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沉浮舞蹈 | Thoisoi2 - Chemical Experiments!

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，並在其中下沉，接觸到水層之後引發反應；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鹼指示劑與反應生成的鹼，粉紅色的一邊加入了酚酞，藍色的一邊加入了百里酚酞（Thymolphthalein）。

危險指數：

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範操作，請不要模仿……

誰喝了咖啡

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誰喝了咖啡？| Data: A. Bouslimani/C. Kapono/T. Alexadrov; Video Framegrab: P. Dorrestein/UCSD/Collaborative Mass Spectrometry Innovation Center

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、紅色的痕迹。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），然後將這些取得的樣品利用液相色譜-質譜聯用進行檢測。在這裡，檢測的目標是各種表面上殘餘的少量咖啡因。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徵，把它們聯合起來，這種檢測方法的靈敏度相當高。

在得到了數據之後，研究者們重建出這個三維分布圖。可以看到，人們的手上、口唇周圍沾著咖啡因的痕迹，而地上也有一塊咖啡潑灑留下的斑痕。

彩點圖| Bouslimani et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 112, E2120–E2129 (2015)

研究團隊還製作了上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。兩位甘願為科學獻身的健康志願者3天沒有洗澡，隨後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。

危險指數：0顆星

對普通人沒什麼風險，反正也沒有設備……

指紋現形

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指紋現行 | MEL Science

在培養皿里按下一個指紋，然後滴上兩滴液體，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，關鍵在於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。

為什麼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]。

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。

危險指數：

應注意避免吸入強力膠形成的蒸汽。

迷你反應

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迷你反應 | Vittorio Saggiomo, Aldrik H. Velders

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製作的：首先設計好內部需要的管路形狀，用3D列印把它們列印出來（攪拌子埋在了3D列印結構當中），接下來把這些結構放進聚二甲基硅氧烷中「澆築」。等整體固化之後，再用適當的溶劑（丙酮）洗掉3D列印的部分，留下各種管道[2]。這種方法可以比較方便地製造出各種複雜的微管道結構，方便對少量流體進行處理和反應。

圖 | 參考文獻[2]

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製成的模型模擬了大腦形成褶皺的過程。

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水晶球

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水晶球 | Thoisoi2

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。在這裡，實驗者在水面上漂浮了一張咖啡濾紙，並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，反應放熱使它處於熔融狀態。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——因為局部溫度遠高於水的沸點，所以形成了一層蒸汽，減少了水和它的接觸。但蒸汽層也總有撐不住的時候，水晶球最終會像下圖一樣「爆炸」，這是因為熔融氫氧化鈉接觸到了水。