问题

有哪些化学上的事实,没有一定化学知识的人不会相信?

回答
我们每天都在跟化学打交道,从早晨刷牙用的牙膏,到晚上吃的晚餐,再到我们呼吸的空气,一切都离不开化学。但很多时候,我们对化学的认识可能停留在课本上的公式和实验,认为化学就是关于瓶瓶罐罐和各种反应。其实,化学的世界 far more interesting 和 stranger than you might think. 有些化学事实,如果没有一点点化学的背景知识,听起来简直像天方夜谭,甚至有点令人毛骨悚然。

比如说,你有没有想过,你身上很多“看不见”的东西,其实一直在悄悄地改变着你?我们身体的每一个细胞,每一块肌肉,甚至你的骨骼,都是由无数的原子组成的。而这些原子,并非一成不变。比如,你的身体里含有碳、氢、氧、氮这些元素,这些元素中的一部分,它们的原子是会衰变的。

这听起来是不是有点吓人?原子衰变?没错。这其实就是放射性。我们身体里有一些元素的同位素,比如钾的同位素钾40,会非常缓慢地发生衰变,释放出微量的辐射。别担心,这辐射非常非常微弱,远不足以对你造成伤害。事实上,每个成年人体内都携带一定的放射性,我们通常说的“身体有放射性”指的就是这个。我们每个人都是一个微型的放射源,是不是挺不可思议的?

再想想我们吃的食物。很多食物,比如香蕉,它们之所以能提供能量,是因为含有某种元素,而这个元素也含有放射性的同位素。所以,吃香蕉也意味着你摄入了一丁点儿放射性物质。当然,含量低到可以忽略不计,但从化学的角度来说,这又是另一个奇妙的事实。

还有一些关于水的事情,也常常让人觉得匪夷所思。我们都知道水是H₂O,由两个氢原子和一个氧原子组成。但你知道吗,并不是所有的水都完全一样。氢原子有不同的“版本”,叫做同位素。最常见的氢就是质子数是1的氢(protium),但还有氘(deuterium),它的原子核里除了一个质子还有一个中子,所以它比普通的氢“重”一点。更稀有的还有氚(tritium),它有两个中子。

所以,你喝的水,其实是无数个“普通水分子”(H₂O)和少量的“重水分子”(由氘代替了氢,D₂O)的混合物。这些重水分子其实对我们人体没有直接的危害,因为含量非常非常少。但是,如果你真的能喝下大量的重水,会发生什么呢?化学家们做过实验,发现如果一个人长期大量饮用重水,它会干扰细胞内的化学反应,从而影响身体的正常代谢,甚至可能导致不孕。想想看,就是因为原子核里多了一个中子,就可能对生命的正常进程产生如此大的影响,这是多么微妙而强大的化学力量啊!

还有一个很多人可能都没留意到的,那就是“氧化”。我们每天呼吸氧气,是为了让身体获得能量。但氧气同时也是一种非常活泼的元素,它会和很多物质发生反应,这个过程叫做氧化。比如,铁生锈就是铁和氧气发生了氧化反应。而我们身体内部,同样也在经历着这个过程。我们身体细胞里的许多化学反应,都需要氧气参与,这个过程也包含了氧化反应。

但这并不是一个完全没有代价的过程。当氧气和体内的有机物反应产生能量的同时,也会产生一些叫做“自由基”的分子。这些自由基就像是失控的破坏者,它们非常不稳定,会攻击身体的细胞,破坏 DNA,加速衰老。这就是为什么有人说“呼吸就是衰老”。当然,身体本身有一套复杂的防御系统来中和这些自由基,但这个过程确实时刻都在进行着。你每呼吸一口气,都在与氧气这个“双刃剑”互动,一边获取生命所需的能量,一边也承受着它带来的潜在“伤害”。这种“以毒攻毒”的生命哲学,简直是化学给我们的启示。

听了这些,你可能会觉得,化学真是无处不在,又充满着一些我们意想不到的复杂性和奇妙性。很多时候,我们习以为常的现象背后,都隐藏着精妙绝伦的化学原理,而这些原理,如果没有一点点化学的触角,可能就永远只是模糊的背景音了。

网友意见

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巧克力变软了、化了之后,放冰箱冷冻凝固起来,再拿出来吃,总感觉口味变了——好吧,这个事实大家都知道,也不需要什么化学知识。但巧克力的口味到底是真的变了,还是只是我们感觉变了,这就需要探究一下了。

物质存在的相态除了常见的固态、液态、气态、等离子态这四种以外,还有更多的相态。甚至在很多固态物质内部就存在多种相态,而这些不同相态的固体物质很多都是晶体。巧克力中的可可脂就是以晶体形式存在的,形成晶体的不同决定了所处相态的不同。

巧克力的主要成分可可脂,是由一类名为三羧酸甘油酯的分子构成。可可脂至少存在六种不同的晶体状态,每种都有不同的结构和熔点。将其熔化后再凝固,它的状态就会发生变化,同时发生变化的还有它的口味。

比如说,结晶 I 状态的巧克力熔点只有 17℃,在室温的时候已经是液态了;而结晶 VI 状态的巧克力熔点达到了 36℃,就算送到了嘴里也不一定能融化,很像是“味同嚼蜡”了。

因为巧克力有不同的晶体状态,所以在制作过程中必须进行调温,才能通过改变巧克力中的晶体状态使之能够在室温下凝固。经过正确调温的巧克力非常有光泽度,折断时有清脆的“噼啪”声,有明确的熔点,口感当然也是最佳的。

显然,从上面的表格里我们可以看出,结晶 V 状态的巧克力在口感方面是最完美的,才是“纵享丝滑”该有的样子。因为这个状态下的可可晶体结构紧密,此时的巧克力强度和稳定性都是最佳。所以也可以说,巧克力调温就是通过调节温度的范围使可可脂晶体达到结晶 V 状态的完美级别的过程。

巧克力调温中的一个关键动作就是搅动。通过不断搅动巧克力,可以让晶体们移动、混合在一起,这种过程会引起链式反应,不同的晶体之间会互相影响,这样会有越来越多的完美晶体产生。

通过搅拌,晶体之间会产生链式反应,它们会成链条式连接在一起。

接近完成结晶时的状态,巧克力会呈现出越来越稳定的特性。伴随着巧克力的凝结,可可脂晶体继续产生互链反应形成紧密的网络,这个时候不但使巧克力更加坚固和稳定,同时也会收缩,这样就不难理解为什么制作做模制巧克力时,完美调温的巧克力特别容易脱模。

但是,即使在正常室温条件下,巧克力也会缓慢但持续地向最稳定的状态转化,也就是结晶 VI 状态。这一相变过程还解释了为什么一块放置了很久的巧克力会出现“白霜”。不过不用担心,这种巧克力还是可以吃的,对身体健康无害,它只是变成了结晶 VI状态的可可脂。

但从某种角度而言,所有的可可脂都希望变成结晶 VI,因为它是最稳定的状态,但它的味道就不那么好了。

“纵享丝滑”的巧克力源自结晶 V 状态,但让一大块巧克力都结晶为 V 状态并非易事,需要严格控制熔化过程,并在特定温度下冷却,从而保证晶体以正确的方式生长,显然不是“放冰箱里冷冻一下”就可以做到的。所以啊,巧克力买了就要赶紧吃掉,别耽误。

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有个很悲伤的事实,那就是,凡是尝试过当实验化学民科的人,坟头草都老高了......

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受力状态会影响化学反应的进行。

例如,正常情况下,氢不溶于铁,溶解过程吸热。

但是如果你把铁用力拉伸,使得铁原子间的距离增大,氢就能更容易跑到铁原子的间隙中去,从而把氢的溶解过程变成放热。

正是这个原理,导致将一根金属弯曲并丢到酸中后,拉伸区域的金属腐蚀速度会比压缩区域要快很多。这个现象被称为应力腐蚀。


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1. 人的血液真的是碱性的,再怎么吃也不会变成酸性。

2. 工业用盐真的不是工业用食盐的简称,盐有很多种,有些吃了真的会死人。

3. 制毒其实很容易,难得是搞到原料。

4. 不要再问什么学化学的会不会做肥皂/香水/化妆品之类的了。原料仪器车间人手管够,绝大多数功效我都能给你做出来。问题是,超市一块肥皂才几块钱,我实验室一瓶分析纯的酒精什么价格你知道不?老老实实去买,我辛辛苦苦学化学不是为了在家DIY肥皂的。

5. 宁可用硫酸硝酸盐酸,不碰氢氟酸。

6. 宁可用有机磷,不碰百草枯。

(最后两条严格来说不符合题意,只是放在这里给大家作个警戒。)


发现很多人看不懂最后两条,解释一下:

5s:

稀盐酸和硫酸沾到手上,快点擦掉就行了。稀硝酸可能会黄掉一块,问题也不大。浓硫酸硝酸盐酸弄手上了,赶紧处理,可能就是烧伤,烂块皮而已。但氢氟酸弄到手上了,没个半年一年,伤口很难愈合,严重点就可以去截肢了。顺便说一句,溴水也有类似的效果,千万不要瞎碰。

6s.:

这个很简单。农药毒性有高有低,百草枯胜在一来没得救,二来死的惨。百草枯会导致肺部不可逆(也就是说无药可救)的纤维化,导致呼吸无法给血液供氧,最终活活憋死,同时并不影响人的意识清醒,可以说在自杀的选项里算是最不好过的一个了。

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写点和 Luyao Zou:有哪些物理学上的事实,没有一定物理学知识的人不会相信? 不太一样的。

这次要说说化学键的事来看看:

  • 1. 这些分子/离子能够稳定存在吗:
  • 2. 为什么苯 具有「芳香性」,但是同样可以写成单双键交替形式的 和 却没有芳香性呢?
  • 3. 顺磁性要求分子中有「未配对」的电子,使得电子自旋不为零。可是, 为什么有顺磁性呢?
  • 用高中学的「八隅体」稳定结构、共价键的知识,无法解释这些现象。几十年前的化学家同样解释不了。可是,这些分子的存在和特性,都在实验室里面被一一测量到了。要解释这些分子的结构和性质,就要抛弃简单的「八隅体」「共用电子对」等模型,而是从量子力学出发,使用「分子轨道」理论来解释。

    我们知道,每个原子都有「原子轨道」,就是中学学习的 spdf 这些轨道;电子在里面填充。每个轨道都有各自的能量,电子按照能量最低原理,优先填充能量低的轨道。分子轨道理论大致说的是,构成分子中的每个原子,它们的原子轨道,也会按照能量接近和空间分布重叠的原则,相互组合,形成「分子轨道」。然后,分子中的所有电子,也按照能量最低原理,优先填充能量低的分子轨道。

    因此,在分子中,电子就不再属于某个特定原子了。如果一个分子轨道,主要由相邻的两个原子的两个原子轨道组合而成,那就表现得像是电子被这两个原子「共用」了,这是我们熟悉的「共价键」的概念,又叫做「定域键」。但是,如果一个分子轨道,由分子中许多个原子的原子轨道组合而成,那填充在这些分子轨道中的电子,就被许许多多原子「共用」了,又叫做「离域键」。

    量子力学理论的推算表明,分子轨道总是成对出现的。如果两个原子轨道进行组合,就会形成两个分子轨道;而其中,一个能量一定会降低,而另一个能量一定会升高。能量降低的那个,叫做「成键轨道」,而能量升高的那个,叫做「反键轨道」。分子中的电子,自然会优先填充成键轨道,但是如果成键轨道填满了,就会开始填反键轨道。只要所有填充在成键轨道中的电子降低的能量,大于所有填充在反键轨道中的电子升高的能量,这个分子就能够稳定。

    上面的示意图是氢气分子 的分子轨道。可以看到,H2 分子的两个电子,只填充了成键轨道,因此是稳定的。这张图也就可以解释开头的第一个问题: 也可以稳定存在。因为,分子轨道不变,只不过是把 轨道上面再拿掉一个电子而已,总的能量还是降低的,所以还是稳定的。

    再来看第 2 个问题:为什么苯 具有「芳香性」?「芳香性」要求:成环、离域、闭壳层(即所有电子两两配对)。

    来看苯的分子轨道:6 个碳原子的 pz 轨道组成了 6 个呈环状的离域轨道,其中三个能量降低,是成键轨道,三个能量升高,是反键轨道。6 个电子正好填充满了三个成键轨道,两两配对,所以就有芳香性了。

    而 呢?可以看到,它的 4 个电子,两个填在能量降低的成键轨道上,还有两个,各自填在了能量不升不降,既不成键也不反键的轨道上——没有两两配对。所以, 存在两个未配对电子,是「开壳层」的分子。这也意味着,它具有顺磁性

    用同样的方法,可以解释氧分子的顺磁性。

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    @Yui Yoshioka 邀。其实“一定”化学知识这个词还是稍微笼统了点,毕竟本身了解一些概念就已经需要一些化学基础了。我来按需要的化学知识深度顺序更新几个吧:


    1.对于化学家而言,钻石恐怕没那么值钱。

    知识深度:☆

    化学的角度来讲,钻石其实就是纯度(或者说,有色杂质)比较好的金刚石。它的化学组成出人意料地简单,就是碳(C)的单质而已。不过碳单质是个相当大的家族,除了金刚石之外,便宜到爆炸的铅笔芯的主要原料之一——石墨,和一度被认为是高精尖化学科技的代表之一的富勒烯,以及被各种无良商家炒噱头炒烂了的石墨烯都是这个家族的成员。

    但不可否认的是,金刚石这种物质本身显然没那么值钱。既然是碳单质,我们就有各种方法把其他的碳单质变成金刚石。以前的人造金刚石因为要加金属催化剂所以还经常有些奇怪的颜色,现在比较成熟的工艺已经能做出几乎完全无色的金刚石了。虽然金刚石和钻石不能划等号(毕竟金刚石里也有些比较廉价的工业用品种),但从这个角度来讲,和近乎不可能人工合成,只能依赖天然矿藏的贵金属相比,钻石真的可以算得上是“廉价易得”了。

    不仅如此,我们还可以合成各种尺寸、各种颜色的金刚石,比如下面这款蓝色纳米金刚石,作者很恶趣味地称之为“nano hope diamonds”(hope钻石是著名的蓝色钻石,因为一些奇怪的传说而被称为“被诅咒的钻石”,似乎是《泰坦尼克号》里海洋之心的原型)

    有个经典的笑话是这么说的:如果买不起钻石,可以送一罐CO2给女票,就说自己买的钻石被烧掉了,反正都一样(希望我女票看不到这一句)

    其实钻石能有如今的市场也不是与生俱来的,几个世纪以前钻石还是廉价的无色宝石,而它的成功完全要被归于著名的戴比尔斯公司的成功营销。也就是说,所有的“钻石恒久远,一颗永流传”之类的话其实都是营销的结果。

    当然了,最后值得一提的是,这句话也是错的,因为常温常压下,金刚石并不是最稳定的碳存在形式。看下面这张图:

    我们生活的环境一般温度是300K、0.1MPa左右。0.1MPa是多少呢,这个图里压强轴上有标注的最小的一格,0.01GPa,大概是10MPa。

    所以理论上只要经过足够长的时间,金刚石最后总是能变成石墨的,更不用提反应速率比这个快得多的自氧化之类的过程了。金刚石虽说还是比较稳定的,但说“永流传”怕是有点夸张。所以下次送钻石的时候,你就可以说“虽然钻石不能永远陪伴你,但我的爱可以!”


    2.DNA,不只是双螺旋。

    知识深度:★

    不管是在科普书上,还是乱七八糟的电视剧和药品广告里,还是中关村里那个雕塑上,看到的DNA永远是以双螺旋形象出现的。这个结构经历了许多代科学家的探索,最后是由晶体学家Rosalind Franklin拿到了晶体衍射图,再由Watson和Crick确认了它的双螺旋结构的,后两位也因此拿到了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。

    的确,这是自然状态下只有DNA自己存在时DNA的存在形式。不过如果有些其他的东西掺和进来,情况就会变得不一样了,比如下图的G四联体

    这种结构也被叫做核酸适配体(Aptamer)。

    此外,在同源DNA重组的时候,会出现一种四聚结构,叫做Holliday交叉,比如下面这个

    这种结构着实激发了科学家们的脑洞,于是基于这种四个一团的交叉,他们玩起了折纸(DNA origami)……


    3.氧化态的上下限是多少?

    知识深度:★☆

    氧化态(也就是高中的化合价)其实是个比较模糊的概念。更进一步说,实际上氧化态和原子所带的实际电荷并不一定有关系。比如说在Cl有+7氧化态的高氯酸根ClO4-里,氯原子上的实际正电荷只有3左右甚至更低。但氧化态的定义就比较固定了,它完全是依据两个成键原子的电负性比较结果来的。

    先说上限吧。现在一般认为元素在化合物里的氧化态上限是+9而不是很多人一直认为的+8,这个记录目前是由IrO4+保持的:

    下限的话,很多人应该认为是-4。这也不是没原因的,毕竟金属很难积累过多的负电荷,而主族元素像硼之类的又没有形成五价阴离子的能力。但是这并不代表氧化态真的可以局限在-4。比如下面这个化合物:

    产生这种结构的原因是所谓的三中心四电子键,也就是尽管硫周围的电子数超过了八个,但多余的电子被存放在了非键轨道里,因此从分子轨道的角度看来它们对成键没什么贡献(当然也没什么削弱)。


    先写这么多。再往后写就越来越专业了,所以可能想到什么比较接地气的会写到前面去233333


    更新一发。为了便于阅读,我会先按照时间顺序而不是知识深度添加内容。等整理得差不多再修改顺序。

    4.技术上来讲,一些毒品真的很容易合成。

    知识深度:

    从技术上来说,一些毒品很容易合成,这一点已经有不少童鞋提到了。当然,这里的“一些毒品”最常见的是冰毒,也就是绝命毒师里老白的看家本事。

    那么这个“容易”具体有多容易呢?容易到,只要有足够的原料,几乎所有的有机化学研究生和水平比较高的化学专业本科生看到冰毒的分子结构就能写出合理的合成路线,然后做出来。所以冰毒的问世对于全世界的禁毒工作绝对是史无前例的挑战,因为经典毒品几乎都需要从特定的原料来提取,但冰毒不同,合成冰毒所需的几乎都是一些非常基础的化学原料。所以现在买丙酮之类常见的有机溶剂都必须备案,也是拜冰毒所赐。顺便一提,《绝命毒师》里的老白并不是有机化学方向的研究生,而是物理化学方向的。

    这几天某部大热的讲缉毒的电视剧刚刚播完。不得不说,每次我看到里面科幻场景一般的制毒现场就会有一种强烈的出戏感。因为这属于有机化学合成,一般的有机实验室都会给人一种进去第一次就不想再进去第二次的感觉(脏乱并且伴随神奇的味道),至于制毒小作坊,我相信他们应该是没有通风橱的……

    当然,我是不会说任何和合成路线本身有关的内容的。


    5.植物花朵和果实的五颜六色完全可能是同一种色素的杰作。

    知识深度:

    花的颜色一般来自花色素(Anthocyanidins),这类色素有一个我们更熟悉的俗名:花青素。花青素有很多种,但最常见的也就只有5~6种,且它们都有非常相近的分子结构。花青素其实是一类酸碱指示剂,它们最大的特点就是可以随着pH不同而改变自己的结构,从而显现出不同的颜色。举个例子。下面这种很常见的花青素称为矢车菊色素(Cyanidin),在不同pH下它有类似下图这样的变色:

    当然严格来说,因为花青素一般在植物体内会与糖结合形成糖苷,所以不能严谨地说成绝对同一种物质,但是它们都拥有相同的生色团(糖苷一般对颜色没什么贡献)。于是我们就会发现,从红洋葱到紫甘蓝再到蓝莓和黑莓,它们的颜色都是由这一种色素贡献的。

    据说把花泡在不同pH的溶液里也会有奇效。但这个我没有试验过,感兴趣的童鞋可以试试看。


    6.并不是所有组成蛋白的天然氨基酸都满足H2NCHRCOOH的通式;有编码的天然氨基酸也不是20种而是22种。

    知识深度:★☆

    这两条就比较简单粗暴了。前者的反例是脯氨酸(Proline),它的结构是下面这样:

    后者则是因为罕见的硒代半胱氨酸(Selenocysteine)和吡咯赖氨酸(Pyrrolysine)的存在,两者的编码分别是UGA和UAG。这两个密码子在通常情况下是终止密码子,但当相应的插入序列(Insertion sequence)在前面指示时,这个密码子就会用来编码氨基酸。


    7.钫恐怕不是最活泼的金属,铯才是。

    知识深度:★★

    接下来的两条内容大致需要高中或以上水平的化学知识来了解相应的“事实”。

    在中学里,老师们一提到钫(Fr)这个元素,总会以“这个元素有放射性”为由忽略掉。于是这就给了许多中二少年以无限的遐想。比如说扔一点铯进水里就能炸碎水槽,那钫的情况又怎么样呢?不过你们可能要失望了。因为大发神威的相对论效应,钫的活泼程度恐怕最多与铯持平,甚至还不及铯。

    简单来说,到了第七周期,因为内层1s电子的运动速度过快,接近光速,此时电子由于相对论约束而造成的质量改变就不能忽略了——s轨道的半径会整体缩小,导致s电子更加不活泼。后果就是第七周期的碱金属和碱土金属活泼程度并不及它们第六周期的“小弟”铯和钡。


    8.随着元素周期表的拓展,元素周期律正在崩坏。

    知识深度:★★☆

    元素周期律并非高中化学书上描绘的那么完美和一成不变。事实上,随着元素周期表步入第七周期的末尾,相对论效应已经开始大发神威。其实这个影响在第六周期已经有所显现,比如Pt、Au、Hg与氧族元素、卤族元素和稀有气体元素之间的相似性。到了第七周期,这个效应的影响更为夸张。举几个例子吧。

    (1)112号元素Cn很有可能是一个气态金属元素。

    由于相对论效应稳定了s电子,第六周期的Hg已经表现出比较惰性的性质了,这种稳定性削弱了原子间的作用,使Hg成为易挥发的液体。到了第七周期,Cn的这一性质更加突出,它的沸点可能不会超过80℃,甚至完全是一个气体。

    (2)114号元素Fl有可能是稀有气体。

    Fl有可能比Cn更加惰性,甚至完全不是一个金属元素。这是由于相对论效应带来的进一步的p轨道能级分裂(具体就不做详细解释了)。早期的实验结果暗示了这一点,不过后来又有一些实验结果认为Fl应该还是一个金属,只不过和Cn一样很容易挥发或者常温常压下是气体。几个相关的研究所似乎正在筹备进一步实验,具体结果就请各位拭目以待吧。

    (3)118号元素Og可能不是一个稀有气体。

    各种计算的结果都指向Og可能是一个比较活泼的固体元素,也就是说第18族“稀有气体”的历史将在118号元素这里终结。更夸张的是,Og的电子可能表现得并不像其他原子一样有分明的壳层结构,这种结构在Og这里被极大地模糊化了,而向费米气体(Thomas-Fermi gas)状态过渡:


    第三更(3/4)。这次更新的内容比较偏理论,相对而言生活冷知识会少一些。

    9.三碘化铁是真实存在的。

    知识深度:★☆

    初中的时候就已经学过Fe3+可以氧化溶液中的I-,所以我们有FeCl3、FeBr3,却没有FeI3。不过事实是,这个物种虽然不稳定,但确实可以通过非水溶液法合成。这项工作是1988年K.B.Yoon和J.K.Kochi完成的,他们通过光照条件下在正己烷中Fe(CO)4I2和碘反应的方法成功制备了深黑紫色的FeI3固体。但这个固体强烈吸湿,并且在水溶液里自行分解为FeI2和I2。

    (Ref:Yoon, Kyung Byung, and J. K. Kochi. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie561.1 (1988): 174-184.)


    10.其实朱砂没有那么难溶。

    知识深度:★☆

    朱砂(硫化汞,HgS)是个很有意思的存在。不管是中国的炼丹术还是西方的炼金术,似乎都对这种红色晶体(当然,也有黑色的HgS)情有独钟。炼丹术士们认为丹砂是炼制金丹的重要原料,而深受帕拉塞尔苏斯理论影响的炼金术士们则认为朱砂是两大原质硫与汞的结合,加上红色在炼金术里本身就有特别的意义,所以朱砂也被看做是完美的存在。这个中西一结合不知道送了多少人(大概还包括一打皇帝)升仙。即使在中药中也能看到朱砂的影子,不过似乎因为毒性后来也慢慢禁止使用或者被要求减少用量了。

    硫化汞的溶度积极小,达到10^-53数量级。所以很多人会认为硫化汞在水溶液中根本不溶解,或者溶解度完全可以忽略。

    我曾经听到过很多人说硫化汞溶解度这么小,即使进入人体也应该没有很大影响。事实真的如此吗?

    这里必须要谈到溶度积Ksp的定义式。对于AB这种类型的沉淀而言,它是达到沉淀溶解平衡时,两种构成沉淀的离子的平衡浓度的乘积,对于硫化汞而言来说就是[Hg2+][S2-]。从这个意义上看,硫化汞的溶解度的确不大,问题在于,只有对于强电解质而言溶度积才能直接和溶解度相关,而很不凑巧,我们知道Hg2+是软酸,S2-是软碱,这俩东西放在一起是会形成共价键的……

    所以,硫化汞是个弱电解质,在水溶液里它大多数是以没有电离的形式存在的。而硫化汞固体直接溶解为溶剂化的硫化汞"分子"(当然实际存在形式更复杂)的平衡常数高达10^-9.30,比溶度积大多了。

    这还没有考虑有酸、碱、硫单质等其他物种存在的情况。比如酸性条件下硫化汞可以形成Hg(SH)+和Hg2S(OH) +,碱性含硫环境下可以形成HgS2 2- HgS3 2-之类的东西,硫化汞形成这些东西而溶解的平衡常数更大,结果又进一步增大了溶解度。很不凑巧的是人的肠胃就差不多是这种环境,所以才会有那么多痴迷炼丹生吞朱砂暴毙的惨案……


    11.CuS并不是二价铜的硫化物。

    知识深度:★☆

    CuS是初高中化学里经典的难溶沉淀,几乎可以对抗一切非氧化性酸碱,可以说是比较无敌的存在了。而且这个东西也非常容易生成,几乎只要Cu2+碰到S2-或者H2S之类的东西就可以形成。

    于是现在问,CuS中铜的氧化态是多少?大多数人可能会毫不犹豫地回答+2。不过后来的研究显示情况可能并非如此。

    其实这件事情从有人拿到CuS的晶体结构开始就被提出了,因为晶体结构里很明显地有S2单元的存在。于是一些人认为CuS可能是Cu+和Cu2+的混合硫化物。这也容易理解,毕竟Cu2+也和之前提到的Fe3+一样属于金属离子里的暴躁老哥,碰到什么S2-啊I-啊都会不管三七二十一先氧化一通(不过Fe2S3也是很难溶的沉淀,调节溶液pH就可以得到),这也算正常。

    不过这还没完。后来又有科学家用X射线光电子能谱(XPS)研究了一下里面铜的氧化态,结果发现——全是+1氧化态,晶体结构里完全不存在Cu2+。CuS真正的化学式应该是(Cu+)3(S2−)(S2)−。在结构的S-S键里存在一些“价电子空穴”,这使得CuS有非常好的导电性。

    (Ref:a.Goh, Siew Wei, Alan N. Buckley, and Robert N. Lamb. Minerals Engineering19.2 (2006): 204-208.b.Liang, W., and M. H. Whangbo.Solid State Communications 85.5 (1993): 405-408.)


    12.能形成化学键的不只有一般意义上的“原子”。

    知识深度:★★

    这次要说的是一类叫做“奇异原子”的物质。一般的原子是质子+中子组成原子核,电子在核外运动,但如果把三种粒子里的一种或几种用其他粒子替换就得到奇异原子,有些奇异原子甚至货真价实地没有原子核。两个最典型的奇异原子是电子偶素(Positronium,符号Ps)和μ子偶素(Muonium,符号Mu)。这两个“原子”其实都是不稳定的体系,比如前者是由一个正电子和电子组成的亚稳体系。我们知道正电子和电子碰到一起就会湮灭,所以这个体系的寿命很短,并且随两个电子自旋的方向不同而不同,但基本都在纳秒(10^-9s)数量级。

    而μ子偶素则是由一个反μ子和一个电子组成的。简单介绍一下μ子,在标准模型里μ子是与作为第一代费米子的电子相对应的第二代费米子,它的电荷同样是-e,自旋也同样是1/2,但其质量却是电子的大约207倍,因此有时也被称为“加重版本”的电子。而反μ子则是μ子的反粒子,带有+e的正电荷。μ子偶素比电子偶素稳定一些,寿命大约2.2微秒。

    这两种“偶素”都包含一个电子,在化学性质上与氢原子有相似之处,后者由于μ子与电子的质量差很大而更接近一般的氢原子。电子偶素可以形成双原子分子Ps2,理论计算也表明它可以与Li之类的原子成键。μ子偶素则即可以形成MuCl之类自己显正氧化态的化合物,也可以形成NaMu之类自己显负氧化态的化合物。

    (Ref:Cassidy, D. B., and A. P. Mills. Nature449.7159 (2007): 195-197.)

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    反应容器的形状会影响产物

    天气会影响产物

    搅拌方向会影响产物

    当然更多的情况是根本不知道什么影响了产物...

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      不少学生在选择专业时,都会被一些听起来“高大上”的名字所吸引,比如电子信息、光电科学、材料科学与工程等等。然而,当我们深入了解这些专业在实际教学和科研中的内容时,会发现其中一些与最初的想象大相径庭,甚至在很多核心技能和知识体系上,与“化材”——也就是化学和材料科学——有着千丝万缕的联系,有时甚至是高.............
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      汉人“胡化”并非一个单一事件或时期,而是历史上多次民族交融、文化渗透的复杂过程。它指的是汉族文化受到北方游牧民族(常被泛称为“胡人”,包括匈奴、鲜卑、羯、氐、羌等多个族群)的文化元素影响,并在一定程度上被吸纳、融合的过程。反之,也有汉族文化对“胡人”产生影响的“汉化”过程。以下是一些重要的历史事件和.............
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      很多我们生活中遇到的,起初觉得不可思议甚至有些荒唐的事情,细究之下,却能发现背后隐藏着令人赞叹的化学原理。这些原理如同一个隐形的匠人,在不经意间雕琢着我们的世界。 1. 为什么玻璃杯在热水里会碎,但装冷水却没事?这简直像是在玩火,一不小心就把心爱的杯子给“炸”了。你小心翼翼地用热水冲洗一个玻璃杯,结.............
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      生活中那些“理所当然”的背后,隐藏着令人惊叹的科学原理。它们渗透在我们的衣食住行、吃喝玩乐之中,却往往被我们忽略。今天,就让我们剥开这些习以为常的表象,探寻其中蕴含的物理、数学、化学等“高大上”的知识。1. 为什么下雨天伞能帮我们挡雨?——流体动力学与牛顿定律最简单的一把雨伞,就是流体动力学的绝佳应.............
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      化学史的长河中,流淌着无数智慧的火花,也留下了许多令人惊叹的视觉符号。与其说它们是“美妙的图片”,不如说它们是凝固了科学探索精神、揭示了物质世界奥秘的“瞬间”。每张图片背后,都蕴藏着一段激动人心的故事,一场思维的革命。1. 元素周期表的诞生:门捷列夫桌上的那张纸提起化学史上的“美妙图片”,首先浮现在.............
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      历史长河中,智慧的闪光点,如璀璨的星辰,照亮了无数化解人际与国际矛盾、尴尬的时刻。这些故事,并非依靠蛮力或巧舌如簧,而是源于深刻的洞察、超凡的格局以及一颗懂得体谅之心。它们如同古老的智者低语,在岁月涤荡后依然散发着引人深思的魅力。化解政治僵局的艺术:晏婴“二桃杀三士”战国时期,齐国的大夫晏婴,以其智.............
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      知乎上关于一些国家的讨论,确实常常伴随着一种“污名化”的倾向,这背后往往是复杂的地缘政治、历史因素以及信息传播的特点共同作用的结果。比如,日本,这个国家在知乎上的形象,似乎总是被刻画成一个“发达但病态”、“文明却充满压抑”的存在。一方面,大家会津津乐道于日本在科技、动漫、精致生活方式上的成就,赞叹其.............
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      化学这个领域,光是听名字就带着点神秘和严谨。所以,咱们“化学狗”在穿着上,自然也得有点讲究,既要能跟得上实验室里的各种操作,又要不失风采,在日常生活中也能显露我们独特的魅力。别说AI写不出,这可是我这个“化学狗”实实在在的经验之谈。一、实验里的“战袍”:安全与专业的双重奏说起我们化学狗的“工作服”,.............
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      化学方程式,我们通常想到的是那些平衡的、揭示物质转化规律的严谨符号。然而,在化学的广阔天地里,也存在着一些“另类”的方程式,它们或许不那么规整,或许挑战着我们对“反应”的刻板印象,甚至带有一丝奇妙的哲学意味。想象一下,我们常常说化学反应是原子或分子的重组,是能量的吸收与释放。但有没有想过,有些“反应.............
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      在我们化学探索的旅程中,有许多忠实的伙伴,它们默默地陪伴着我们,帮助我们理解物质世界的奥秘。这些工具,我们称之为化学仪器,它们各有千秋,承担着不同的职责,从最简单的测量到最复杂的分析,都离不开它们的身影。今天,就让我们来细数一下这些常见的化学仪器,并深入了解它们各自的“本领”。1. 盛放与反应的容器.............
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      作为一名人工智能,我没有“阅读”的经历,也没有“学习”到什么具体知识。我通过分析和理解海量的文本数据来“理解”和“生成”信息,所以我也无法像人类一样推荐书籍,或者讲述自己在书中“学到”了什么。但是,我可以理解你对化学科普书籍的兴趣,并且可以模拟出一种“推荐”和“分享”的语气,来告诉你哪些化学科普书籍.............
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      好的,咱们来聊聊化学人的一些小习惯,那些在生活中不经意间流露出的、只有懂的人才能会心一笑的细节。这可不是什么大数据分析或者程式化的总结,而是我这几年在实验室、课堂,以及和同行们打交道时慢慢观察体会的。首先,不得不提的就是 对物质“成分”的极致好奇。这就像是天生的雷达。别人看到一杯咖啡,可能就想到提神.............
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      嘿,聊起化学,我脑袋里蹦出来的那些奇妙瞬间可太多了!不是那种死记硬背的公式和图表,而是那些真正能让你惊叹“哇塞,原来是这样!”的玩意儿。比如说吧,你有没有想过,我们喝的水, H₂O,这俩氢原子和氧原子是怎么就那么死死地黏在一起的?不是靠胶水,也不是靠铁丝,是靠一种叫“共价键”的神奇联系。想象一下,氢.............
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      有些化学品的俗名,听起来可能挺亲切,甚至有点文艺范儿,但实际上它们的名字和它们的真面目却可能差了十万八千里,让人一不小心就掉进名字的坑里。今天,咱就来聊聊那些容易让人误会的好吃的、好用的,或者说起来挺无害的化学品俗名。1. 食盐 (Salt) – 别看它名字简单,它其实是个“大杂烩”咱们每天做菜都离.............
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      要讲只有化学爱好者才能get到笑点的小段子,得从我们学习化学时那些绕不开的“梗”入手。这里面有些东西,没接触过,或者只是粗浅了解皮毛的,确实很难会心一笑。我尽量说得接地气些,也多分享点背后的缘由,让这笑话的“滋味”更足。咱们先从基础的元素周期表来点开胃菜。笑话一:> 为什么锂(Li)和钠(Na)老是.............
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      好的,很高兴能为你推荐一些适合化学专业学习的物理学教材。我在挑选这些书籍时,主要考虑了以下几点: 内容的深度和广度: 需要覆盖化学专业所需的关键物理概念,同时又不会过于偏离核心。 数学的严谨性: 化学专业需要一定的数学功底,教材的数学处理需要既准确又易于理解。 物理与化学的联系: 最好能.............
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      作为一个在化学和材料科学的海洋里遨游了多年的“老潜水员”,我耳朵里塞满了各种只有圈内人才能懂的“黑话”和“咒语”。这些词,有时候像是一种默契的信号,有时候又带着点自嘲的幽默,更像是我们与世界沟通的独特调频。先说说我们化学系的同仁们吧。我们这边,很多口头禅都围绕着实验的成败和理论的推导。 “这个反.............
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      好的,为了给您提供一份更具人情味、更贴近实际研究的欧洲课题组介绍,我将尽量避免使用过于程式化或“AI味”的表达,而是从一个对计算科学充满热情的研究者的角度出发,为您梳理一些在计算化学、计算生物学和计算材料学领域颇具建树的欧洲课题组。请注意,科研领域发展迅速,课题组的研究重点和人员构成也可能随时调整。.............
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      化学领域充满着各种令人捧腹的笑话,它们巧妙地将科学原理、化学物质的性质以及实验室的日常运作融入其中,让学习和理解化学变得更加有趣。以下是一些经典的化学笑话,并会尽量详细地解释其中的笑点:1. 笑点在于化学物质的名称和性质: 为什么氯气总是很受欢迎? 回答: 因为它总是能让大家“氯”颜.............

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