有哪些化學上的事實,沒有一定化學知識的人不會相信?

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看過《愛麗絲夢遊仙境》的人應該都對瘋帽子印象深刻,那你們知道他為什麼瘋嗎?

瘋帽子是一位制帽匠。《愛麗絲夢遊仙境》寫於1865年,那個時代最流行的帽子是河狸毛做的氈帽。

河狸這么可愛怎麼可以薅毛

從毛變成氈,要經歷一個叫做「氈化」的過程。洗澡後頭發毛鱗片打開,逆向摩擦會感到非常「澀」。氈化就是利用熱水打開毛鱗片,反覆擊打纏繞,使毛髮上的毛鱗片互相勾連糾纏,形成牢固的毛氈。

(植物纖維沒有毛鱗片,所以不能做氈)

最常見的毛氈是羊毛氈。羊毛纖維長,毛鱗片明顯,戳一戳就氈化,所以可以輕松diy。

河狸可就不一樣了,它的毛光滑且短,不容易勾連。制帽匠們不得不使用「預處理劑」讓毛鱗片大大張開,更容易糾纏在一起。總的來說,這是一種和護發素作用完全相反的葯劑。

這種「預處理劑」就是硝酸汞。

長期接觸汞的帽匠們無一例外的出現了汞中毒的癥狀。汞會損害中樞神經,先是失眠、焦慮、易怒,再發展到肌肉的抽搐,面部表情不受控制的扭曲,行走搖晃雙手顫抖說話困難。瘋帽子眼圈通紅、牙齒缺失也是汞中毒的癥狀。

這種顫抖有個專有名詞叫「瘋帽顫」(hatter’s shakes),丹伯里作為制帽大鎮,甚至有了一個詞叫「丹伯里式顫抖」,受害者之多可見一斑。

19世紀諺語「像制帽匠一樣瘋癲」(Mad as a hatter)就是這么來的,「瘋如三月兔」則是因為兔子三月發情……

現在問題來了,到底是誰想出了用硝酸汞處理河狸毛的主意?

其實最開始用的不是硝酸汞,而是……

尿。

汞讓毛鱗片打開的原理是重金屬使蛋白質變性,尿素也有類似的效果。突然有一天,大家發現某個工人的尿做出來的毛氈質量超棒,他的尿有什麼不同?難道加了buff?

其實這個工人沒有buff,倒是有梅毒。當時治療梅毒使用的是汞劑,工人的尿中帶上了汞,所以做毛氈彷彿開了掛……

寫到這里我不禁長嘆一聲:

怎麼又是尿啊!

為什麼這么喜歡尿啊!

骨螺紫也是尿,印度黃也是尿!

醒醒!你們是歐洲人不是印度阿三!

印度阿三:什麼?辣雞歐洲人也配當愛尿之人?他們敢wfjjcdsdhjjjkohdsdvjluf嗎?

想知道印度人對尿做了什麼請點擊鏈接:

槿年:印度黃 | 喝牛尿,潑牛糞?從神秘顏料揭秘阿三與牛的孽緣​zhuanlan.zhihu.com图标


Resazurin Lee:

@Yui Yoshioka 邀。其實「一定」化學知識這個詞還是稍微籠統了點,畢竟本身了解一些概念就已經需要一些化學基礎了。我來按需要的化學知識深度順序更新幾個吧:


1.對於化學家而言,鑽石恐怕沒那麼值錢。

知識深度:☆

化學的角度來講,鑽石其實就是純度(或者說,有色雜質)比較好的金剛石。它的化學組成出人意料地簡單,就是碳(C)的單質而已。不過碳單質是個相當大的家族,除了金剛石之外,便宜到爆炸的鉛筆芯的主要原料之一——石墨,和一度被認為是高精尖化學科技的代表之一的富勒烯,以及被各種無良商家炒噱頭炒爛了的石墨烯都是這個家族的成員。

但不可否認的是,金剛石這種物質本身顯然沒那麼值錢。既然是碳單質,我們就有各種方法把其他的碳單質變成金剛石。以前的人造金剛石因為要加金屬催化劑所以還經常有些奇怪的顏色,現在比較成熟的工藝已經能做出幾乎完全無色的金剛石了。雖然金剛石和鑽石不能劃等號(畢竟金剛石里也有些比較廉價的工業用品種),但從這個角度來講,和近乎不可能人工合成,只能依賴天然礦藏的貴金屬相比,鑽石真的可以算得上是「廉價易得」了。

不僅如此,我們還可以合成各種尺寸、各種顏色的金剛石,比如下面這款藍色納米金剛石,作者很惡趣味地稱之為「nano hope diamonds」(hope鑽石是著名的藍色鑽石,因為一些奇怪的傳說而被稱為「被詛咒的鑽石」,似乎是《泰坦尼克號》裏海洋之心的原型)

不知道這款鑽石是不是自帶詛咒。Ref:Heyer, S. et al. ACS nano 8.6 (2014): 5757-5764.

有個經典的笑話是這么說的:如果買不起鑽石,可以送一罐CO2給女票,就說自己買的鑽石被燒掉了,反正都一樣(希望我女票看不到這一句)

其實鑽石能有如今的市場也不是與生俱來的,幾個世紀以前鑽石還是廉價的無色寶石,而它的成功完全要被歸於著名的戴比爾斯公司的成功營銷。也就是說,所有的「鑽石恆久遠,一顆永流傳」之類的話其實都是營銷的結果。

當然了,最後值得一提的是,這句話也是錯的,因為常溫常壓下,金剛石並不是最穩定的碳存在形式。看下面這張圖:

我們生活的環境一般溫度是300K、0.1MPa左右。0.1MPa是多少呢,這個圖里壓強軸上有標注的最小的一格,0.01GPa,大概是10MPa。

所以理論上只要經過足夠長的時間,金剛石最後總是能變成石墨的,更不用提反應速率比這個快得多的自氧化之類的過程了。金剛石雖說還是比較穩定的,但說「永流傳」怕是有點誇張。所以下次送鑽石的時候,你就可以說「雖然鑽石不能永遠陪伴你,但我的愛可以!」

2.DNA,不只是雙螺旋。

知識深度:★

不管是在科普書上,還是亂七八糟的電視劇和葯品廣告里,還是中關村裡那個雕塑上,看到的DNA永遠是以雙螺旋形象出現的。這個結構經歷了許多代科學家的探索,最後是由晶體學家Rosalind Franklin拿到了晶體衍射圖,再由Watson和Crick確認了它的雙螺旋結構的,後兩位也因此拿到了1962年的諾貝爾生理學或醫學獎。

你甚至在假藥廣告和神棍書籍中都能看到這個經典的雙螺旋圖形。

的確,這是自然狀態下只有DNA自己存在時DNA的存在形式。不過如果有些其他的東西摻和進來,情況就會變得不一樣了,比如下圖的G四聯體

當有一個鹼金屬離子摻和進來,四個鳥嘌呤就會自己組成這種頭尾相接的四聚逗比結構,拋棄自己的好基友胞嘧啶(圖源Wikipedia)

這種結構也被叫做核酸適配體(Aptamer)。

此外,在同源DNA重組的時候,會出現一種四聚結構,叫做Holliday交叉,比如下面這個

(圖源Wikipedia)

這種結構著實激發了科學家們的腦洞,於是基於這種四個一團的交叉,他們玩起了摺紙(DNA origami)……

微笑.jpg Ref:Endo, M. et al. Biomaterials Science 1.4 (2013): 347-360.

3.氧化態的上下限是多少?

知識深度:★☆

氧化態(也就是高中的化合價)其實是個比較模糊的概念。更進一步說,實際上氧化態和原子所帶的實際電荷並不一定有關系。比如說在Cl有+7氧化態的高氯酸根ClO4-里,氯原子上的實際正電荷只有3左右甚至更低。但氧化態的定義就比較固定了,它完全是依據兩個成鍵原子的電負性比較結果來的。

先說上限吧。現在一般認為元素在化合物里的氧化態上限是+9而不是很多人一直認為的+8,這個記錄目前是由IrO4+保持的:

計算結果表明正四面體的異構體能量最低,裡面的Ir是+9氧化態的。當然實驗也論證了這一點,具體的內容看得懂光譜的童鞋可以直接看文獻。順帶一提,這是復旦大學的工作哦。Ref:Wang, G. et al. Nature 514.7523 (2014): 475.

下限的話,很多人應該認為是-4。這也不是沒原因的,畢竟金屬很難積累過多的負電荷,而主族元素像硼之類的又沒有形成五價陰離子的能力。但是這並不代表氧化態真的可以局限在-4。比如下面這個化合物:

因為硫的電負性比碳大,所以在這個產物里,與六個碳原子相連的硫擁有形式上的-VI氧化態。當然,這並不代表它真的擁有那麼多負電荷。Ref:Sato, Soichi, et al. Journal of the American Chemical Society 128.21 (2006): 6778-6779.

產生這種結構的原因是所謂的三中心四電子鍵,也就是盡管硫周圍的電子數超過了八個,但多餘的電子被存放在了非鍵軌道里,因此從分子軌道的角度看來它們對成鍵沒什麼貢獻(當然也沒什麼削弱)。

先寫這么多。再往後寫就越來越專業了,所以可能想到什麼比較接地氣的會寫到前面去233333


更新一發。為了便於閱讀,我會先按照時間順序而不是知識深度添加內容。等整理得差不多再修改順序。

4.技術上來講,一些毒品真的很容易合成。

知識深度:

從技術上來說,一些毒品很容易合成,這一點已經有不少童鞋提到了。當然,這里的「一些毒品」最常見的是冰毒,也就是絕命毒師里老白的看家本事。

當然了,冰毒的晶體本身不是藍色的,藍色的只是糖果而已。

那麼這個「容易」具體有多容易呢?容易到,只要有足夠的原料,幾乎所有的有機化學研究所和水準比較高的化學專業大學部生看到冰毒的分子結構就能寫出合理的合成路線,然後做出來。所以冰毒的問世對於全世界的禁毒工作絕對是史無前例的挑戰,因為經典毒品幾乎都需要從特定的原料來提取,但冰毒不同,合成冰毒所需的幾乎都是一些非常基礎的化學原料。所以現在買丙酮之類常見的有機溶劑都必須備案,也是拜冰毒所賜。順便一提,《絕命毒師》里的老白並不是有機化學方向的研究所,而是物理化學方向的。

這幾天某部大熱的講緝毒的電視劇剛剛播完。不得不說,每次我看到裡面科幻場景一般的制毒現場就會有一種強烈的齣戲感。因為這屬於有機化學合成,一般的有機實驗室都會給人一種進去第一次就不想再進去第二次的感覺(臟亂並且伴隨神奇的味道),至於制毒小作坊,我相信他們應該是沒有通風櫥的……

當然,我是不會說任何和合成路線本身有關的內容的。

5.植物花朵和果實的五顏六色完全可能是同一種色素的傑作。

知識深度:

花的顏色一般來自花色素(Anthocyanidins),這類色素有一個我們更熟悉的俗名:花青素。花青素有很多種,但最常見的也就只有5~6種,且它們都有非常相近的分子結構。花青素其實是一類酸鹼指示劑,它們最大的特點就是可以隨著pH不同而改變自己的結構,從而顯現出不同的顏色。舉個例子。下面這種很常見的花青素稱為矢車菊色素(Cyanidin),在不同pH下它有類似下圖這樣的變色:

隨著pH不同,矢車菊色素可以呈現出從紅色-紫色-藍色-藍綠色-黃色的變色。圖源Wikipedia

當然嚴格來說,因為花青素一般在植物體內會與糖結合形成糖苷,所以不能嚴謹地說成絕對同一種物質,但是它們都擁有相同的生色團(糖苷一般對顏色沒什麼貢獻)。於是我們就會發現,從紅洋蔥到紫甘藍再到藍莓和黑莓,它們的顏色都是由這一種色素貢獻的。

紫甘藍汁就可以用來玩這種花樣。圖源Wikipedia

據說把花泡在不同pH的溶液里也會有奇效。但這個我沒有試驗過,感興趣的童鞋可以試試看。

6.並不是所有組成蛋白的天然氨基酸都滿足H2NCHRCOOH的通式;有編碼的天然氨基酸也不是20種而是22種。

知識深度:★☆

這兩條就比較簡單粗暴了。前者的反例是脯氨酸(Proline),它的結構是下面這樣:

後者則是因為罕見的硒代半胱氨酸(Selenocysteine)和吡咯賴氨酸(Pyrrolysine)的存在,兩者的編碼分別是UGA和UAG。這兩個密碼子在通常情況下是終止密碼子,但當相應的插入序列(Insertion sequence)在前面指示時,這個密碼子就會用來編碼氨基酸。

硒代半胱氨酸(Sec),單字簡寫是U。
吡咯賴氨酸(Pyl),單字簡寫是O。

7.鈁恐怕不是最活潑的金屬,銫才是。

知識深度:★★

接下來的兩條內容大致需要高中或以上水準的化學知識來了解相應的「事實」。

在中學里,老師們一提到鈁(Fr)這個元素,總會以「這個元素有放射性」為由忽略掉。於是這就給了許多中二少年以無限的遐想。比如說扔一點銫進水裡就能炸碎水槽,那鈁的情況又怎麼樣呢?不過你們可能要失望了。因為大發神威的相對論效應,鈁的活潑程度恐怕最多與銫持平,甚至還不及銫。

簡單來說,到了第七周期,因為內層1s電子的運動速度過快,接近光速,此時電子由於相對論約束而造成的質量改變就不能忽略了——s軌道的半徑會整體縮小,導致s電子更加不活潑。後果就是第七周期的鹼金屬和鹼土金屬活潑程度並不及它們第六周期的「小弟」銫和鋇。

鹼金屬和鹼土金屬元素的第一電離能。後面的是對第八、第九周期相應元素的預測,但很難說元素周期表能不能延續到第九周期23333圖源Wikipedia

8.隨著元素周期表的拓展,元素周期律正在崩壞。

知識深度:★★☆

元素周期律並非高中化學書上描繪的那麼完美和一成不變。事實上,隨著元素周期表步入第七周期的末尾,相對論效應已經開始大發神威。其實這個影響在第六周期已經有所顯現,比如Pt、Au、Hg與氧族元素、鹵族元素和稀有氣體元素之間的相似性。到了第七周期,這個效應的影響更為誇張。舉幾個例子吧。

(1)112號元素Cn很有可能是一個氣態金屬元素。

由於相對論效應穩定了s電子,第六周期的Hg已經表現出比較惰性的性質了,這種穩定性削弱了原子間的作用,使Hg成為易揮發的液體。到了第七周期,Cn的這一性質更加突出,它的沸點可能不會超過80℃,甚至完全是一個氣體。

(2)114號元素Fl有可能是稀有氣體。

Fl有可能比Cn更加惰性,甚至完全不是一個金屬元素。這是由於相對論效應帶來的進一步的p軌道能級分裂(具體就不做詳細解釋了)。早期的實驗結果暗示了這一點,不過後來又有一些實驗結果認為Fl應該還是一個金屬,只不過和Cn一樣很容易揮發或者常溫常壓下是氣體。幾個相關的研究所似乎正在籌備進一步實驗,具體結果就請各位拭目以待吧。

(3)118號元素Og可能不是一個稀有氣體。

各種計算的結果都指向Og可能是一個比較活潑的固體元素,也就是說第18族「稀有氣體」的歷史將在118號元素這里終結。更誇張的是,Og的電子可能表現得並不像其他原子一樣有分明的殼層結構,這種結構在Og這里被極大地模糊化了,而向費米氣體(Thomas-Fermi gas)狀態過渡:

計算給出的電子概率密度圖像。可以看到Og的電子分配已經明顯地模糊化了。Ref:Jerabek, Paul, et al. Physical Review Letters 120.5 (2018).

第三更(3/4)。這次更新的內容比較偏理論,相對而言生活冷知識會少一些。

9.三碘化鐵是真實存在的。

知識深度:★☆

國中的時候就已經學過Fe3+可以氧化溶液中的I-,所以我們有FeCl3、FeBr3,卻沒有FeI3。不過事實是,這個物種雖然不穩定,但確實可以通過非水溶液法合成。這項工作是1988年K.B.Yoon和J.K.Kochi完成的,他們通過光照條件下在正己烷中Fe(CO)4I2和碘反應的方法成功製備了深黑紫色的FeI3固體。但這個固體強烈吸濕,並且在水溶液里自行分解為FeI2和I2。

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

10.其實硃砂沒有那麼難溶。

知識深度:★☆

硃砂(硫化汞,HgS)是個很有意思的存在。不管是中國的煉丹術還是西方的煉金術,似乎都對這種紅色晶體(當然,也有黑色的HgS)情有獨鍾。煉丹術士們認為丹砂是煉制金丹的重要原料,而深受帕拉塞爾蘇斯理論影響的煉金術士們則認為硃砂是兩大原質硫與汞的結合,加上紅色在煉金術里本身就有特別的意義,所以硃砂也被看做是完美的存在。這個中西一結合不知道送了多少人(大概還包括一打皇帝)升仙。即使在中藥中也能看到硃砂的影子,不過似乎因為毒性後來也慢慢禁止使用或者被要求減少用量了。

硫化汞的溶度積極小,達到10^-53數量級。所以很多人會認為硫化汞在水溶液中根本不溶解,或者溶解度完全可以忽略。

硃砂在古代這么搶手大概是顏值比較高的原因?圖源Wikipedia

我曾經聽到過很多人說硫化汞溶解度這么小,即使進入人體也應該沒有很大影響。事實真的如此嗎?

這里必須要談到溶度積Ksp的定義式。對於AB這種類型的沉澱而言,它是達到沉澱溶解平衡時,兩種構成沉澱的離子的平衡濃度的乘積,對於硫化汞而言來說就是[Hg2+][S2-]。從這個意義上看,硫化汞的溶解度的確不大,問題在於,只有對於強電解質而言溶度積才能直接和溶解度相關,而很不湊巧,我們知道Hg2+是軟酸,S2-是軟鹼,這倆東西放在一起是會形成共價鍵的……

著名的重金屬解毒藥物雙硫代甘油,利用的就是Hg2+之類的重金屬與硫強大的成鍵能力。

所以,硫化汞是個弱電解質,在水溶液里它大多數是以沒有電離的形式存在的。而硫化汞固體直接溶解為溶劑化的硫化汞”分子”(當然實際存在形式更復雜)的平衡常數高達10^-9.30,比溶度積大多了。

這還沒有考慮有酸、鹼、硫單質等其他物種存在的情況。比如酸性條件下硫化汞可以形成Hg(SH)+和Hg2S(OH) +,鹼性含硫環境下可以形成HgS2 2- HgS3 2-之類的東西,硫化汞形成這些東西而溶解的平衡常數更大,結果又進一步增大了溶解度。很不湊巧的是人的腸胃就差不多是這種環境,所以才會有那麼多痴迷煉丹生吞硃砂暴斃的慘案……

11.CuS並不是二價銅的硫化物。

知識深度:★☆

CuS是初高中化學里經典的難溶沉澱,幾乎可以對抗一切非氧化性酸鹼,可以說是比較無敵的存在了。而且這個東西也非常容易生成,幾乎只要Cu2+碰到S2-或者H2S之類的東西就可以形成。

於是現在問,CuS中銅的氧化態是多少?大多數人可能會毫不猶豫地回答+2。不過後來的研究顯示情況可能並非如此。

CuS的晶體結構,可以明顯看出結構里有兩個硫相連的陰離子存在。圖源Wikipedia

其實這件事情從有人拿到CuS的晶體結構開始就被提出了,因為晶體結構里很明顯地有S2單元的存在。於是一些人認為CuS可能是Cu+和Cu2+的混合硫化物。這也容易理解,畢竟Cu2+也和之前提到的Fe3+一樣屬於金屬離子里的暴躁老哥,碰到什麼S2-啊I-啊都會不管三七二十一先氧化一通(不過Fe2S3也是很難溶的沉澱,調節溶液pH就可以得到),這也算正常。

不過這還沒完。後來又有科學家用X射線光電子能譜(XPS)研究了一下裡面銅的氧化態,結果發現——全是+1氧化態,晶體結構里完全不存在Cu2+。CuS真正的化學式應該是(Cu+)3(S2−)(S2)−。在結構的S-S鍵里存在一些「價電子空穴」,這使得CuS有非常好的導電性。

(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.能形成化學鍵的不只有一般意義上的「原子」。

知識深度:★★

這次要說的是一類叫做「奇異原子」的物質。一般的原子是質子+中子組成原子核,電子在核外運動,但如果把三種粒子里的一種或幾種用其他粒子替換就得到奇異原子,有些奇異原子甚至貨真價實地沒有原子核。兩個最典型的奇異原子是電子偶素(Positronium,符號Ps)和μ子偶素(Muonium,符號Mu)。這兩個「原子」其實都是不穩定的體系,比如前者是由一個正電子和電子組成的亞穩體系。我們知道正電子和電子碰到一起就會湮滅,所以這個體系的壽命很短,並且隨兩個電子自旋的方向不同而不同,但基本都在納秒(10^-9s)數量級。

圖源Wikipedia

而μ子偶素則是由一個反μ子和一個電子組成的。簡單介紹一下μ子,在標准模型里μ子是與作為第一代費米子的電子相對應的第二代費米子,它的電荷同樣是-e,自旋也同樣是1/2,但其質量卻是電子的大約207倍,因此有時也被稱為「加重版本」的電子。而反μ子則是μ子的反粒子,帶有+e的正電荷。μ子偶素比電子偶素穩定一些,壽命大約2.2微秒。

這兩種「偶素」都包含一個電子,在化學性質上與氫原子有相似之處,後者由於μ子與電子的質量差很大而更接近一般的氫原子。電子偶素可以形成雙原子分子Ps2,理論計算也表明它可以與Li之類的原子成鍵。μ子偶素則即可以形成MuCl之類自己顯正氧化態的化合物,也可以形成NaMu之類自己顯負氧化態的化合物。

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


九點:

反應容器的形狀會影響產物

天氣會影響產物

攪拌方向會影響產物

當然更多的情況是根本不知道什麼影響了產物…


Aorqu用戶:

體會最深的,而且還是高中化學就已經教了,大學生物化學繼續深入的一個點:

正常人體體液的酸鹼度都是有一定範圍的,原因就是我們身體自帶「緩沖劑」系統,而且這個buffer系統比我們想的還強力。為什麼我們有這么厲害的調節系統?因為不帶buffer系統的會導致內環境的全面變化,小到組織液的濃度,細胞的正常離子交換,表面識別,大到酶的活性降低,甚至失活,會嚴重影響內環境和細胞正常運作,所以沒這個調節系統的已經全都在進化中淘汰掉了。

所以什麼酸性體質鹼性體質全都是胡說八道,但是你跟很多人說,甚至拿出教材和論文,他們都不信,他們寧可信微信朋友圈。


好大的風:

1. 人的血液真的是鹼性的,再怎麼吃也不會變成酸性。

2. 工業用鹽真的不是工業用食鹽的簡稱,鹽有很多種,有些吃了真的會死人。

3. 制毒其實很容易,難得是搞到原料。

4. 不要再問什麼學化學的會不會做肥皂/香水/化妝品之類的了。原料儀器車間人手管夠,絕大多數功效我都能給你做出來。問題是,超市一塊肥皂才幾塊錢,我實驗室一瓶分析純的酒精什麼價格你知道不?老老實實去買,我辛辛苦苦學化學不是為了在家DIY肥皂的。

5. 寧可用硫酸硝酸鹽酸,不碰氫氟酸。

6. 寧可用有機磷,不碰百草枯。

(最後兩條嚴格來說不符合題意,只是放在這里給大家作個警戒。)

發現很多人看不懂最後兩條,解釋一下:

5s:

稀鹽酸和硫酸沾到手上,快點擦掉就行了。稀硝酸可能會黃掉一塊,問題也不大。濃硫酸硝酸鹽酸弄手上了,趕緊處理,可能就是燒傷,爛塊皮而已。但氫氟酸弄到手上了,沒個半年一年,傷口很難癒合,嚴重點就可以去截肢了。順便說一句,溴水也有類似的效果,千萬不要瞎碰。

6s.:

這個很簡單。農葯毒性有高有低,百草枯勝在一來沒得救,二來死的慘。百草枯會導致肺部不可逆(也就是說無葯可救)的纖維化,導致呼吸無法給血液供氧,最終活活憋死,同時並不影響人的意識清醒,可以說在自殺的選項里算是最不好過的一個了。


李耳王:

1、DNA可以用作防火材料。

眾所周知,DNA是遺傳物質,但最近人們還開發出它的另一項用途——防火材料。

2013年,義大利都靈理工大學的研究人員發現從鯡魚精液中提取的DNA可以提高棉織物的熱穩定性和阻燃性。DNA的磷酸基團,受熱可以產生磷酸,磷酸在高溫時能產生結構穩定的交聯狀固體物質或碳化層。DNA的含氮鹼(鳥嘌呤,腺嘌呤,胸腺嘧啶和胞嘧啶)在加熱後會釋放出不支持燃燒的氨氣(氨氣在普通空氣條件下是很難燃燒的,有阻燃作用)。

燃燒測試表明,經DNA處理的棉織物在施加甲烷火焰後根本不燃燒;當暴露於35kWm-2的輻射時,也未觀察到點火現象。

參考文獻:

DNA: a novel, green, natural flame retardant and suppressant for cotton. J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 4779-4785.

2、二甲基汞——帶橡膠手套接觸也會死。

做過化學實驗的人都知道,實驗室用的橡膠或乳膠手套能隔絕大多數的酸、鹼或劇毒物質。但有一種劇毒物質例外,它就是二甲基汞(其化學結構如下所示)。

二甲基汞是目前已知的最危險的有機汞化合物,數微升即可致人死命。更可怕的是,二甲基汞可以溶解並滲透橡膠、乳膠,這意味著使用橡膠或乳膠手套對它是不起防護作用的。

1997年,美國Dartmouth College的毒物化學教授Karen Wetterhahn(下圖)在實驗過程中不慎將兩滴二甲基汞灑在了所戴的乳膠手套上,隨後二甲基汞滲過手套接觸到她的皮膚並進入其體內,致其中毒。十個月後, Karen Wetterhahn因醫治無效而死亡,令人嘆惋。

參考文獻:

OSHA Safety Hazard Information Bulletin on Dimethylmercury. Safety and Health Information Bulletins (SHIBs), 1997-1998. OSHA. 1991-02-15.

3、重水毒性微小(味道和水差不多),超重水很危險!

重水,也稱為氘代水,化學式為D2O。普通的水(H2O)是由兩個氫原子和一個氧原子所組成,但重水分子是由兩個氘(氫的同位素D)和一個氧原子組成,氘原子比氫原子多一個中子,因此重水分子的質量比一般水要大。重水無放射性,曾有很多傳言說重水是劇毒物質,其實言過其實了。

1931年,Harold Urey(下圖)發現了氫的同位素氘,並因此於1934年獲得諾貝爾化學獎。1935年,Urey就和他的同事嘗了重水的味道(喝下重水或拿重水漱口),並試著分辨重水和普通蒸餾水,結果是他們都認為重水和普通水的味道沒有差別。

2016年,有一個叫Cody的小哥(下圖這位)在Youtube上發了一個喝重水的視訊(名為「Drinking heavy water」)。他喝了之後,認為重水有點甜。後來他又讓女友嘗了一下重水,他女友同樣表示比普通水稍甜一點。

另外,由於人體代謝需要輕水,所以只喝重水的話肯定會出問題,但從上面兩個例子看,重水的毒性確實很小。不過本人反對任何喝化學試劑的行為(何況重水挺貴的)。

再來說一下超重水。超重水由兩個氚和一個氧組成,故又稱一氧化二氚,其化學式為T2O。氚是氫的另一個同位素,元素符號為T。氚的原子核由一個質子和兩個中子所組成,具有有放射性,會發生β衰變,放出電子變成氦-3,其半衰期為12.43年。

超重水在自然界極為稀少,只有靠人工的方法去製取。一般是把金屬鋰放在原子反應堆中,在中子的轟擊下,使鋰轉變為氚,然後與氧化合生成超重水。若要製取1公斤的超重水需要超過100萬噸的天然水和大量的電能,因此超重水成本比黃金高上百倍,而且生產很慢,一個工廠一年也不過製造幾十公斤超重水,價格極為昂貴。

氚能發射β射線,所以超重水自然也是放射性物質。β射線雖然穿透能力不強,但如果喝下去發生內照射的話,給身體造成的破壞是極其可怕的。

參考文獻:

Urey, H. C., Failla, G., Concerning the taste of heavy water. Science, 1935, 81, 273.

4. 洗髮水沒有滋養你的頭發,只不過給你塗了一層「硅油」……

用洗髮水洗完頭發後,你可能會發現自己頭發變得順滑了。

用護膚品抹手抹臉後,你可能會發現自己的皮膚變得柔滑了。

頭發、皮膚果真是被滋養了嗎?

No, 你也許只是給自己塗了一層「硅油」——聚二甲基硅氧烷。

聚二甲基硅氧烷(英文名Polydimethylsiloxane,簡稱PDMS),也被稱為二甲基硅氧烷、二甲基硅油,它是一種高分子有機硅化合物,結構式如下所示。它無色、無味、透明、耐熱、耐寒、防水、無毒,具有生理惰性、良好的化學穩定性。

聚二甲基硅氧烷對皮膚滲透性好,護膚品塗抹在皮膚上的柔滑感受,通常都是因為添加該物質的緣故。在洗髮、護發用品中,可以幫助頭發保持自然光澤並增加順滑感,基本上,能夠使頭發順滑的洗髮水中,都能夠找到該成分。

5. 有人能用化學元素符號來寫自己地址。

格倫·西博格(英文名Glenn Seaborg)是美國著名核化學家。由於在超鈾元素方面的傑出貢獻,他榮獲1951年的諾貝爾化學獎。

格倫·西博格是世界上唯一一個能用元素符號來寫自己地址的人,他的地址可以寫成:Sg, Lr, Bk, Cf, Am.

Sg (Seaborgium) 是106號元素,是以西博格(Seaborg)本人名字命名的元素;

Lr(Lawrencium) 是103號元素,名稱來自美國勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory);

Bk (Berkelium)是97號元素,名稱來自美國伯克利(Berkeley);

Cf (Californium)是98號元素,以美國加利福尼亞州(California)命名;

Am (Americium)是95號元素,以美國(America)命名。

參考資料:15 Amazing Chemistry Facts that will Blow Your Mind


沅有芷兮澧有蘭:

說一個以前覺得很神奇的東西,鈉的液氨溶液。

在低溫下,鈉溶於液氨並不放出氫氣。

鈉可以溶解在液氨里,形成深藍色溶液。顯色的原理是形成了溶劑合電子。在鈉的量較少的時候,溶液是深藍色的,順磁性的。但是隨著鈉的加入,溶液變為抗磁性,無色。

鈉和過量鉛形成的合金也可以溶於液氨,除去過量的鉛沉澱後,形成的溶液就是鉛化鈉的綠色溶液。這里的鉛是正牌的負價金屬哦。(Pb9 4-原子簇)

另外,這個溶劑合電子並不是液氨的專利,曾經也有人發現,鈉和水接觸的瞬間也可以產生藍紫色的水合電子,然而它並不穩定,馬上就傳遞電子並放出氫氣。其實在常溫下也是有比較穩定的溶劑合電子的例子的,比如說,HMPA(六甲基磷醯胺)也可以溶解鈉。

放幾張美膩的溶劑合電子的圖。
圖源百度化學吧,侵刪。


孫亞飛:

香到極致便是臭。

絕大多數香料,經過濃縮之後都是各式各樣的惡臭味,如果有人誘使你去聞純香精,千萬不要作死,那個毛骨悚然的感覺,會讓你一輩子對標簽上的那個看上去很美的名稱反胃。

同理,很多臭味物質經過大比例稀釋之後,就有了香味。

所以,如果你聞到誰的身上有異香,未必是噴了你不認識的香水,還可能是上完茅廁屁股沒擦乾凈。


Luyao Zou:

寫點和 Luyao Zou:有哪些物理學上的事實,沒有一定物理學知識的人不會相信? 不太一樣的。

這次要說說化學鍵的事來看看:

  • 1. 這些分子/離子能夠穩定存在嗎: \ce{H2+}, \quad \ce{H3+}
  • 2. 為什麼苯 \ce{C6H6} 具有「芳香性」,但是同樣可以寫成單雙鍵交替形式的 \ce{C4H4}\ce{C8H8} 卻沒有芳香性呢?
  • 3. 順磁性要求分子中有「未配對」的電子,使得電子自旋不為零。可是,\ce{O2} 為什麼有順磁性呢?
  • 用高中學的「八隅體」穩定結構、共價鍵的知識,無法解釋這些現象。幾十年前的化學家同樣解釋不了。可是,這些分子的存在和特性,都在實驗室裡面被一一測量到了。要解釋這些分子的結構和性質,就要拋棄簡單的「八隅體」「共用電子對」等模型,而是從量子力學出發,使用「分子軌道」理論來解釋。

    我們知道,每個原子都有「原子軌道」,就是中學學習的 spdf 這些軌道;電子在裡面填充。每個軌道都有各自的能量,電子按照能量最低原理,優先填充能量低的軌道。分子軌道理論大致說的是,構成分子中的每個原子,它們的原子軌道,也會按照能量接近和空間分布重疊的原則,相互組合,形成「分子軌道」。然後,分子中的所有電子,也按照能量最低原理,優先填充能量低的分子軌道。

    原子軌道示意圖:從左到右為 1s, 2s, 2px, 2py, 2pz。https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Neon_orbitals.JPG
    分子軌道示意圖(乙炔)。左列為被電子填充了的軌道,右列為空軌道。https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/12/Orbitals_acetylene.jpg

    因此,在分子中,電子就不再屬於某個特定原子了。如果一個分子軌道,主要由相鄰的兩個原子的兩個原子軌道組合而成,那就表現得像是電子被這兩個原子「共用」了,這是我們熟悉的「共價鍵」的概念,又叫做「定域鍵」。但是,如果一個分子軌道,由分子中許多個原子的原子軌道組合而成,那填充在這些分子軌道中的電子,就被許許多多原子「共用」了,又叫做「離域鍵」。

    量子力學理論的推算表明,分子軌道總是成對出現的。如果兩個原子軌道進行組合,就會形成兩個分子軌道;而其中,一個能量一定會降低,而另一個能量一定會升高。能量降低的那個,叫做「成鍵軌道」,而能量升高的那個,叫做「反鍵軌道」。分子中的電子,自然會優先填充成鍵軌道,但是如果成鍵軌道填滿了,就會開始填反鍵軌道。只要所有填充在成鍵軌道中的電子降低的能量,大於所有填充在反鍵軌道中的電子升高的能量,這個分子就能夠穩定。

    H2 的分子軌道(MO):帶 * 的是反鍵軌道。Credit: UC Davis。http://chemwiki.ucdavis.edu/@api/deki/files/38975/d905694ccf35a83f011afd98a63c2a6c.jpg?revision=1

    上面的示意圖是氫氣分子 \ce{H2} 的分子軌道。可以看到,H2 分子的兩個電子,只填充了成鍵軌道,因此是穩定的。這張圖也就可以解釋開頭的第一個問題: \ce{H2+} 也可以穩定存在。因為,分子軌道不變,只不過是把 \sigma_{1s} 軌道上面再拿掉一個電子而已,總的能量還是降低的,所以還是穩定的。

    再來看第 2 個問題:為什麼苯 \ce{C6H6} 具有「芳香性」?「芳香性」要求:成環、離域、閉殼層(即所有電子兩兩配對)。

    來看苯的分子軌道:6 個碳原子的 pz 軌道組成了 6 個呈環狀的離域軌道,其中三個能量降低,是成鍵軌道,三個能量升高,是反鍵軌道。6 個電子正好填充滿了三個成鍵軌道,兩兩配對,所以就有芳香性了。

    苯的分子軌道。http://www.chemtube3d.com/images/benzeneMOs.png

    \ce{C4H4} 呢?可以看到,它的 4 個電子,兩個填在能量降低的成鍵軌道上,還有兩個,各自填在了能量不升不降,既不成鍵也不反鍵的軌道上——沒有兩兩配對。所以, \ce{C4H4} 存在兩個未配對電子,是「開殼層」的分子。這也意味著,它具有順磁性

    C4H4(中間這個)和其他相似分子的分子軌道。藍字 aromatic 標出的三個具有芳香性。http://www.chemtube3d.com/images/Aromaticity.png

    用同樣的方法,可以解釋氧分子的順磁性。

    氧分子的分子軌道。紅色箭頭標出的,是兩個未配對的電子。http://wwwchem.uwimona.edu.jm/courses/CHEM1902/dioxygenMO.jpg

    Aorqu用戶:

    1.記得高中化學老師講鹵素時說,砹(愛)是地球上最少的元素,鐦(kāi)是世界上最貴的金屬

    2.ZnSO4+Mg=Zn+MgSO4,就是你的鎂偷走了我的鋅?不,其實鎂喜歡的人是硫酸根不是你!!

    3.

    它具有一定的酸性,所以在英語中有一個別名,叫carbolic acid,意思是「碳的酸」。在翻譯這個詞兒的時候,人們發現中文「碳酸」已經被真正的碳酸(carbonic acid, H2CO3)用掉了,於是把「碳」字拆開,於是苯酚有了一個中文別名:「石炭酸」。

    4.在中國,很多化學物質的命名要感謝朱元璋。

    朱元璋給後代規定了一套獨特的命名方式:其中一條就是,最後一個字必須以釒木氵(水)火土之一為偏旁。

    開始起名還比較容易。後來字用完了,就只能硬造,於是就有了 朱慎鐳,朱同鉻,朱同鈮,朱安汞,朱在鈉,朱成鈷,朱成鈀,朱恩鉀,朱帥鋅….

    這些字後來都進了化學書,巧妙的解決了化學名稱漢化的問題。

    5.在稀溶液中,酸跟鹼發生中和反應生成1 mol液態水的中和熱為57.3 kJ·mol-1,而1弧度對應的角度也是這個數。

    6.甲酸是蟻酸,乙酸是醋酸。

    對方喝咖啡去了回來希望有十個贊

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