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卡米尔·希瑞尔(Camille Schrier)在台上穿上实验室的白大褂,戴上护目镜,给评委们做实验演示“过氧化氢的催化分解”,给大家留下了深刻的印象。
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我们就是来说一下这个神奇的实验,过氧化氢的催化分解,又常常被称为“大象牙膏”(elephant toothpaste)。
“大象牙膏”实验可以堪称经典,利用浓度约为30%—35%的过氧化氢溶液(也就是俗称的“双氧水”)混合洗洁精或肥皂水(发泡剂),再加上催化剂碘化钾所制造出来的快速膨胀和喷射效果的化学实验。
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因为原料简单和效果感人,很多化学课堂都会用来做启蒙实验,做趣味视频更是容易获得成百上千的关注和点赞。
首先声明,这个实验存在一定危险性,化学反应本身是个放热反应,产生的气泡是热的,泡沫可以达到将近100℃,操作不当可能会灼伤自己,所以非专业人士不能随意尝试。
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这个实验的化学方程式是这样的:
2H2O2===2H2O+O2↑
(等号上可以写催化剂,也就是碘化钾KI)
在没有催化剂的情况下也是会缓慢反应的,就是过氧化氢会缓慢分解成水和氧气,就是解释了为什么双氧水放久了会失效的原因。
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催化剂可以改变反应速率,但是不改变化学平衡。在过氧化氢的分解实验中,可以用到的催化剂除了碘化钾,还可以用酵母、高锰酸钾、二氧化锰等代替。加入催化剂之后,本来缓慢的反应就变得快速和剧烈起来,气体(氧气)哗啦哗啦、噗嗤噗嗤地冒出来。
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而我们再加入洗洁精或者肥皂之类的发泡剂之后,那分解后的氧气就会产生噗嗤噗嗤的泡沫牙膏特效。
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为什么呢?其实这些发泡剂(洗洁精之类的洗护用品)中都含有表面活性剂分子,表面活性剂分子具有独特的两亲性:一端为亲水的极性基团,简称亲水基;另一端为亲油的非极性基团,简称亲油基。平时我们洗走油污全靠它们!
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简单来说,亲水基喜欢水,亲油基喜欢脏东西。洗涤过程中,表面活性剂分子的亲油基就会将脏东西团团围着,成为球形或近似球形,最终脱离污垢载体,达到清洁的效果。
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大象牙膏实验中,就是将脏东西换成气体,大量气体的产生从而造成大量泡沫的产生。
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泡沫的产生 | 图源:科普中国
在大象牙膏中,再配上点色素,加大用量,那效果可就更加出彩了。
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材料简单,效果感人,大家的玩法花样百出,化学真是堪称自然魔术师,总让人惊喜不断。
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加点颜色是不是更像牙膏啦?
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课堂之上的大象牙膏,场面有点控制不住了!
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彩虹版大象牙膏,让这个实验更有美感。
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前NASA工程师的Max版大象牙膏
最后,再次提醒!这个实验存在一定危险!非专业人士一定不能随便尝试!