问题

有哪些化学冷知识?

回答
化学世界充满了奇妙和令人惊叹的细节,很多知识在我们日常生活中不易察觉,却又蕴含着深刻的道理。以下是一些我认为比较有趣的化学冷知识,我会尽量详细地解释它们:



1. 你的身体里富含“幽灵”元素:碳

冷知识: 构成你身体绝大部分的元素是氧、氢和碳。而碳,这个生命的基础,在某种程度上,可以被认为是宇宙的“幽灵”元素。

详细解释:

碳的来源: 碳元素并非在宇宙大爆炸的最初阶段就轻易生成。早期宇宙主要由氢和氦组成。在更重元素的合成过程中,恒星扮演了至关重要的角色。特别是大质量恒星在生命晚期,通过核聚变将氦融合成碳。这个过程非常微妙,需要一种叫做“三阿尔法过程”(Triplealpha process)的核反应。
三阿尔法过程的精妙之处:
首先,两个氦原子核(α粒子)聚变形成一个不稳定的铍8原子核。这个铍8非常不稳定,平均寿命只有约10⁻¹⁶秒,所以它会迅速衰变成两个氦原子核。
然而,如果在这个极短的时间内,另一个氦原子核能够撞击到这个铍8原子核,并将其捕获,就会形成一个碳12原子核。
这个过程之所以能够发生,完全归功于费曼(Richard Feynman)所指出的一个惊人的巧合:碳12原子核的基态能量恰好非常接近于由两个氦核和一个氦核组成的复合系统的能量。换句话说,碳12拥有一个共振能级,它大大增加了三阿尔法过程的概率。
如果没有这个共振能级,宇宙中碳的产量将极其微少,生命(至少是我们所知的形式)将不可能出现。恩斯特·斯塔林·亨利(Ernst Stueckelberg)和弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)对这个共振能级的精确预言和发现是天体物理学中的一个里程碑。霍伊尔曾这样形容,这个精妙的“设计”仿佛是“为了让物质在宇宙中有所发展,并最终产生了像我们这样的生命。”
“幽灵”的由来: 碳在恒星内部通过这种非凡的核反应被创造出来,然后通过超新星爆发等方式散布到宇宙空间中,成为星际尘埃和气体的一部分。这些“幽灵”般的碳原子在数十亿年后,在新的恒星和行星系统中再次聚合,最终构成了像你我这样的生命体。所以,你身体里的碳原子,都曾是某个遥远恒星心脏中的一部分,经历了宇宙级的“炼狱”才得以诞生。



2. 巧克力并非来自巧克力豆,而是来自一个叫做“可可树”的植物

冷知识: 很多人的误解是巧克力直接来自“巧克力豆”。但实际上,我们吃的巧克力,是经过复杂加工的可可豆制品,而可可豆则来自一种叫做可可树(Theobroma cacao)的植物。

详细解释:

可可树的“神的食物”: “Theobroma”在希腊语中意为“神的食物”,这足以说明古人对可可的珍视。可可树是一种生长在热带雨林中的灌木或小乔木。它原产于中美洲,亚马逊流域。
可可豆: 可可树的果实被称为“可可果”(cacao pod),这是一个长椭圆形、外壳坚硬的果荚,里面含有大约2050粒种子,这些种子就是我们所说的可可豆(cacao bean)。
加工过程(这是化学的关键):
发酵: 这是最关键的一步。采摘下来的可可豆并不直接含有我们熟悉的巧克力风味。它们需要经过一系列的发酵过程。通常是将可可豆连同果肉一起堆积起来或放入容器中发酵数天。
微生物的作用: 在发酵过程中,酵母菌、乳酸菌和醋酸菌等微生物会先后作用于可可豆表面的果肉。
糖类转化: 酵母菌将果肉中的糖类转化为酒精和二氧化碳。
乳酸发酵: 接着,乳酸菌将糖转化为乳酸,产生酸性环境。
醋酸发酵: 最后,醋酸菌将酒精氧化为乙酸(醋酸),产生醋酸蒸汽。
化学变化: 在这个过程中,果肉分解,温度升高(最高可达50°C),这有助于打破可可豆的细胞壁,使化学物质能够相互作用。更重要的是,豆子内部开始发生一系列复杂的美拉德反应(Maillard reaction)和酶促褐变反应,这是产生巧克力独特风味和颜色的关键。蛋白质和糖类在高温和水分的作用下发生复杂的化学反应,生成数百种挥发性芳香化合物(如吡嗪类、醛类、酮类等)和非挥发性褐变产物,这些共同构成了巧克力的复杂风味。
干燥: 发酵后,需要将可可豆干燥,以降低水分含量,防止霉变,并进一步稳定风味。
烘烤: 干燥后的可可豆会被烘烤。烘烤的温度和时间决定了最终巧克力的风味特征。这个过程会进一步促进美拉德反应和焦糖化反应,发展出更浓郁的香气和颜色。
研磨: 烘烤后的可可豆被研磨成可可浆(cacao liquor),这是一种浓稠的液体,含有约50%的可可脂。
调配: 最后,可可浆会根据需要加入糖、奶粉(制作牛奶巧克力)、可可脂、乳化剂(如卵磷脂)等进行调配,然后再次研磨至极细(称为“精炼”),并进行“调温”(conching),最后制成我们熟悉的巧克力。

关键点: 巧克力风味的形成主要源于可可豆在发酵和烘烤过程中发生的复杂化学反应,特别是美拉德反应。直接吃可可豆的味道非常苦涩,远非我们想象中的美味。



3. 水并非永远是“液体”,它在极端条件下会变成“超离子水”或“金属水”

冷知识: 我们熟知的水(H₂O)在常温常压下是液体,可以结冰(固态)或蒸发(气态)。但水的状态远比这复杂,在极端的温度和压力下,水会呈现出匪夷所思的形态,比如像金属一样导电的“金属水”,以及“超离子水”。

详细解释:

水的相图: 水有一个非常复杂的相图,显示了在不同温度和压力下水的不同相态(冰、液态水、水蒸气)以及多种冰的晶体结构(如冰 Ih, 冰 Ic, 冰 II, 冰 III, 冰 V, 冰 VI, 冰 VII, 冰 VIII, 冰 IX, 冰 X, 冰 XI 等)。在这些相图之外,还有更奇异的状态。
金属水(Metallic Water):
条件: 当水处于极高的压力下,大约是地球核心压力(200万倍大气压)的几倍,并且温度也相当高时,会发生“金属化”现象。
原理: 在如此极端的压力下,水分子会被极度压缩。原本束缚在原子核周围的电子,其能量会变得非常高,不再局限于单个原子,而是能够自由地在整个物质中移动,就像金属中的自由电子一样。
性质: 这种“金属水”会像金属一样能够导电,并且可能呈现出金属光泽。它就像一个由氧原子核和电子组成的固体骨架,其中氢原子则以某种形式存在并可能在骨架中移动。
在宇宙中的意义: 天文学家认为,在像木星和土星这样的气体巨行星的内部,可能存在着大量的金属水。行星内部的极高压力和温度是形成金属水的重要因素。
超离子水(Superionic Water):
条件: 同样是在极高的压力(约200万倍大气压以上)下,但温度比形成金属水稍低一些时,水可以形成“超离子水”。
结构: 在超离子水中,氧原子仍然形成一个固定的晶体结构(类似于某些固态冰的结构,如立方体结构),但氢原子则失去了固定的位置,它们变成了一种“自由流动的”离子,在氧原子形成的固体骨架中穿梭。
性质: 这种状态的水既有固体的骨架,又有可以自由移动的离子,所以它同时具有固体的结构稳定性和导电性(由于自由移动的带电粒子)。它就像一个“固体中的液体”,或者说是一个混合相。
发现与模拟: 超离子水的存在主要是通过实验室的压力实验和理论计算预测出来的。例如,使用激光冲击金刚石砧室来模拟行星内部的极端条件。科学家们已经成功地在实验室中制备了超离子水,并观察到了它的导电性。
其他奇怪的水相: 除了金属水和超离子水,科学家们还通过模拟或理论研究发现了很多其他奇特的水相,比如“玻璃水”(amorphous ice)以及在不同晶体结构下的多种固态冰相。水的奇特性在于其分子结构(极性、氢键)和在不同条件下的表现力。



4. 你呼吸的空气中,其实有微量的“贵族气体”——氩

冷知识: 空气是我们生存的必需品,我们通常认为空气主要是由氮气(N₂)和氧气(O₂)组成的。但空气中还含有约0.93%的氩气(Argon, Ar),这是一种惰性气体,也是一种“贵族气体”。

详细解释:

空气的成分: 标准干燥空气的组成大致是:
氮气 (N₂): 约 78.08%
氧气 (O₂): 约 20.95%
氩气 (Ar): 约 0.93%
二氧化碳 (CO₂): 约 0.04%
其他微量气体 (氖、氦、氪、氙、氢、臭氧、甲烷等)
氩气的“贵族”身份: 氩是一种单原子惰性气体,位于元素周期表的第18族(零族)。它的最外层电子轨道(2p⁶ 或 3p⁶)是满的,非常稳定,几乎不与其他元素发生化学反应。因此,它被誉为“贵族气体”或“惰性气体”。
氩气的来源: 氩气在空气中的比例非常稳定,是由于它不像水蒸气或二氧化碳那样容易参与化学循环或被生命体利用。它主要是在地球形成过程中,由地壳中的放射性衰变产生的。例如,钾40(⁴⁰K)放射性同位素会衰变成氩40(⁴⁰Ar),同时释放电子和反中微子。这个过程是氩气进入大气层的主要途径之一。
放射性衰变: 钾40(¹⁹K⁴⁰)是地壳中一种常见的放射性核素,它的半衰期约为12.5亿年。它有两条主要的衰变途径:
1. 约89.28%的衰变途径是电子俘获(EC)衰变,生成氩40(¹⁸Ar⁴⁰)和电子反中微子(νe)。
2. 约10.72%的衰变途径是β⁻衰变,生成钙40(²⁰Ca⁴⁰)和电子。
地球年龄的证据: 氩氩定年法(⁴⁰Ar/³⁹Ar dating)是一种重要的地质年代测定方法,它就是利用放射性钾40衰变成氩40的现象来确定岩石和矿物的年龄。通过测量岩石中氩40的含量以及其放射性前体(如钾的同位素)的含量,就可以计算出岩石形成的大致时间。因此,地球上大量的氩气是地球“年纪”的见证者。
应用: 尽管是惰性气体,氩气有实际应用价值。由于其不活泼性,它被用作保护性气氛来防止材料氧化或燃烧,例如在焊接(氩弧焊)、金属冶炼、以及充填灯泡(白炽灯和荧光灯)中,以延长灯丝寿命或防止内部气体反应。在一些实验室中,它也用于化学反应的保护气氛。

关键点: 你每吸入一口空气,都在无意中摄入了这种化学上非常“高冷”的惰性气体,它默默地存在于我们生命的呼吸之中,并且是地球古老历史的见证。



希望这些详细的解释能让你对化学世界有更深入的了解!化学的魅力就在于它隐藏在各种现象背后的精妙原理和出人意料的故事。

网友意见

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HCl

稀:比较酸,感觉嘴里滑溜溜的,典型的呕吐物感,微辣。

浓:极度的酸,吐掉以后回味苦,然后整个嘴里发凉,10分钟后好转。

H2SO4

稀:淡淡的酸味,回味感觉油腻,微热,甜,无任何不适感。

较浓的(40%左右的):超烫,感觉喝烫稀饭了,然后微甜感和痛感并存,持续2天才退(98%的纯正浓硫酸不敢喝)。

HNO3

稀:先是苦,然后整条舌头麻了,然后痛,起了白斑,持续疼痛,3-4天后消退,同时嘴里感觉大吸了一口汽车尾气。

浓:不敢喝 (猜测是浓硫酸的加强版)。

NaOH

稀:基本上同浓的Na2CO3(我尝过,咸的),多一些辣感(对蛋白质腐蚀性强的都会有辣感 )。

浓:含在嘴里十分的辣(可能是已经反应起来了) 然后舌头烧坏,呈黄色,肉腐烂,1个月不能说话,口里有赤痛感而且舌头麻木 有辛辣感半年后出院,说话变得不准,味觉几乎消失,嘴部留下疤痕(这东西对蛋白质的反应不是闹着玩的……)。

CuSO4

一开始没味道,吐出后回味淡淡的苦涩(我的确尝过)。

BaCl2

极苦咸,大约相当于MgCl2的加强版

CCl4

这个最恐怖了,整个嘴里感到烧塑料的味道,极浓郁,吐掉以后出现说不出的怪异甜味,直感觉全身松软 (的确,闻起来还可以,尝起来就郁闷了)。

Na2O2

一般的咸 (Na盐基本都这个味道)。

无水酒精

嘴里完全没味道,之后花露水的味道在鼻子里挥之不去。

FeCl3

凉,然后酸,与硬币放嘴里感觉差不多(Fe盐都这味道)。

AgNO3

没味道。。。

稀Br2水溶液

极其浓重味道,感觉像汽车尾气与松节油混合的味(只能如此形容)

Hg(NO3)2

很淡的味道,有点像味精和醋混合了 。

H2O2

特辣,赶紧吐了,之后就没什么事情了 。


来自我的qq收藏夹,非本人亲试,娱乐就好!




第一次更新

感谢大家捧场哈哈哈哈

于是楼主百度了一些,感觉基本还是比较可靠的

链接是百度贴吧的一个帖子

(链接:

tieba.baidu.com/f?

在此感谢原贴作者

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随便说说,边想边补。。。



1.教科书上拉瓦锡研究空气的照片。


这是教科书上的图片。看上去是在沉思对吧。

这是原图。

说好的研究空气成分呢?


骗子。








2.二十世纪前半页是物理学的时代,但当时最有钱的却是化学家。

当时化学工业飞速发展,只要你发现一个实用的合成方法,就可以创业成大企业家、大资本家。

侯德榜

所以当时(有钱的)化学家办了很多奖项,

比如诺贝尔奖


和索尔维会议等


(索尔维会议参会人员合影。有史以来智商最高的照片)

用来资助、鼓励(挣不来钱的)物理学家。









3.在中国,很多化学物质的命名要感谢朱元璋。

朱元璋给后代规定了一套独特的命名方式:

其中一条就是,最后一个字必须以钅木氵(水)火土之一为偏旁。

开始起名还比较容易。后来字用完了,就只能硬造,于是就有了,

朱公锡、朱慎镭、朱同铬、朱同铌、朱镕基(?)........朱孟烷、朱悦烯、朱颙炔、朱厚烃........朱安汞。

这些字后来都进了化学书,巧妙的解决了化学名称汉化的问题。




4.最强的酸是氟锑酸

氟锑酸为质子酸SbF5与HF的混合物,属于超强酸。SbF5能与氟离子形成正八面体形阴离子SbF6-。氢离子能自由运动,几乎不受束缚,因此该物质有强酸性。酸性达纯硫酸的几十亿亿倍(具体数值我也忘了),为已知酸性最强的物质。

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都是自己发现的:

元素周期表 Periodic Table

第一个词 periodic(周期性的)还有另一个意思,并且也和化学有关:高碘酸的

更有意思的是,两个词的重音位置不一样,词源也不一样:

peri'odic,来自 period(周期)

per'iodic,来自 iodine(碘)



与之相似的还有一个:

可可碱的英语名字是 theobromine,和溴 (bromine) 没有半点(划掉)半个原子的关系



二苯胺 和 苯丙氨酸 (phenylaniline and phenylalanine) 可以算是化学界的「红鲤鱼与绿鲤鱼与驴」——不信你连在一起读一遍试试 23333

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