白岩松 2025-11-04 15:14:28
每经编辑|水均益
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在寻常百姓家,冰块是夏日消暑的利器,酒精则是消毒的良方。你有没有想过,当这两样看似毫无关联的物品碰撞在一起时,会发生怎样令人惊叹的化学反应?今天,就让我们一起踏上这场充满奇幻色彩的“炼金之旅”,共同揭秘如何利用冰块和酒精,制造出一杯令人拍案叫绝的“牛奶”(黄)状态物质。
要理解這个过程,我们首先要认识一下我们的两位主角:冰块和酒精。冰块,我们都知道,是固态的水,它的主要作用是提供一个低温环境。而酒精,這里我们通常指的是医用酒精(异丙醇或乙醇),它是一种有机溶剂,具有挥发性强、易燃等特点。
当我们将冰块与酒精混合,最直观的现象就是温度的急剧下降。酒精的冰点远低于水,即使是在普通冰箱冷藏的酒精,其温度也比冰块高。但当我们用冰块去冷却酒精时,酒精的温度会迅速降低,甚至可能接近冰点。这个低温环境為后续的反应奠定了基础。
很多人会疑惑,为什么冰块和酒精混合,会变成一种浑浊的、类似牛奶的液体?這背后其实涉及到一个关键的化学概念——溶解度。
纯净的酒精(如95%以上的乙醇)在常温下是完全透明的。市售的医用酒精往往含有一定比例的水分,大约是3%-5%。水和酒精是可以无限互溶的,所以当它们混合时,通常也是透明的。
但当温度骤降时,情况就发生了变化。酒精与水的溶解度在低温下会受到影响。更重要的是,如果酒精的纯度不是非常高,例如低于90%的酒精,那么其中包含的水分和其他一些微量杂质,在极低的温度下,其溶解度会显著降低。
想象一下,就像你在极度饱和的盐水中,温度突然下降,盐就會析出一样。在低温下,酒精中微量的水或其他溶解度较低的成分,就会从溶液中“析出”,形成极其微小的颗粒。这些小颗粒悬浮在酒精中,散射光線,从而使得原本透明的酒精溶液呈现出一种浑浊的、乳白色的状态,就像牛奶一样。
至于为什么会呈现“淡黄色”,这通常是由于酒精本身可能含有的微量杂质,或者是在低温反应过程中,微量杂质的性质發生了变化,导致对光線的吸收或反射呈现出一定的黄色调。例如,一些工业用酒精可能在生产过程中会添加一些指示剂或者杂质,在低温下这些物质的颜色特性可能会被放大。
或者,如果使用的是不是纯净的酒精,而是含有其他有机物的混合物,那么这些有機物在低温下的光学特性就可能呈现出淡黄色。
在开始这场奇妙的“炼金术”之前,我们必须强调最重要的原则——安全!酒精易燃易挥发,操作不当可能引发火灾。因此,请务必在通风良好的地方进行实验,远离火源(包括明火、静电等)。避免直接接触皮肤和眼睛,如果不慎接触,请立即用大量清水冲洗。
冰块:量足,确保能够将酒精充分冷却。酒精:建议使用纯度较高的医用酒精(如95%乙醇或异丙醇),纯度越高,呈现“牛奶”状的可能性越小,但反之,如果使用纯度稍低的酒精,更容易看到效果。你可以根据想要达到的效果选择不同纯度的酒精。容器:一个能够耐低温的玻璃容器(如烧杯、量筒)。
注意,不要使用塑料容器,因为低温可能导致塑料变脆,甚至与酒精发生反应。隔热手套:用于在操作冰块和冷藏容器時保护双手。滴管或注射器:用于精确添加酒精或观察液体状态。遮盖物:用于在实验过程中防止酒精挥发过快,也可以起到保护作用。
将足量的冰块放入一个更大的容器中,形成一个“冰浴”。然后,将盛有酒精的玻璃容器小心地放入这个“冰浴”中。用温度计监测酒精的温度。你会惊喜地發现,酒精的温度在迅速下降。
在酒精冷却的过程中,你可以尝试轻轻摇晃容器,观察酒精的透明度。当温度降到一定程度时,你可能会开始看到一些细微的浑浊,就像细小的气泡在水中一样。继续冷却,你会发现这种浑浊感越来越明显,最终,一杯在视觉上宛如“牛奶”般醇厚、带着淡黄色光晕的液体就出现在你的眼前了!
整个过程就像一场小型的化学魔术,将原本透明的液体“变”成了不透明的“牛奶”。这背后,是温度对溶解度产生的深刻影响,是微观粒子在低温下的“集体沉默”。这种视觉上的变化,是科学最直观、最迷人的表达方式之一。
在上一部分,我们已经成功地通过冰块和酒精的结合,创造出了一杯具有“牛奶”质感的淡黄色液体。但这杯“牛奶”究竟是怎么来的?它并非真的牛奶,也不是什么神秘的化学反应凭空创造出的新物质。其背后的科学原理,比你想象的要更有趣,也更贴近我们日常接触的物理化学知识。
溶解度曲線上的“低温舞者”与微观粒子的“集体沉淀”
我们之前提到,市售的医用酒精并非100%纯净的酒精。其中通常会含有一定比例的水分,以及可能存在的一些微量有机杂质。酒精与水是极好的溶剂,它们能够形成稳定的溶液,因此在常温下,酒精溶液是透明的。
当我们将酒精置于极低的温度下时,這个“稳定性”就被打破了。这就像一把锁,在常温下是紧闭的,但在低温這个“钥匙”的作用下,它就“松动”了。
尽管水和酒精可以无限互溶,但这并不意味着它们在任何温度下都能保持绝对的均一。当酒精的纯度低于90%时,其中所含的水分在极低温度下,会表现出一定的“结晶”倾向。這种“结晶”并非形成大块的冰晶,而是形成无数极其微小的水分子团或微小的冰晶核。这些微小的颗粒,在酒精中分散开来,就像微小的浮游生物,它们会散射光線。
当光线穿过含有这些微小颗粒的液体時,大部分光线會被这些颗粒反射和散射,从而使得液体看起来不再透明,而是呈现出浑浊的“牛奶”状。
除了水分,市售酒精中可能还含有其他微量的有机物杂质。這些杂质的溶解度本身就可能不高,而酒精与水的混合比例,以及整體的温度,都会影响它们的溶解度。在低温环境下,這些杂质的溶解度会进一步降低,它们也可能从溶液中“析出”,形成微小的固体颗粒,进一步增加了液体的浑浊度。
在某些情况下,特别是当酒精中含有一些表面活性物质时,低温可能会影响这些物质的性质,导致酒精和水之间形成一种临时的“乳液”状态。酒精的表面张力会发生变化,使得原本不互溶的微小水滴或杂质颗粒能够在酒精中分散开来,形成稳定的悬浮液。
至于液體的淡黄色,這通常与酒精本身所含的微量杂质有关。
纯度问题:即使是医用酒精,也并非绝对纯净。生產过程中可能残留一些有機物,或者在储存过程中发生微小的化学变化,这些都可能导致酒精呈现出微弱的黄色。指示剂或添加剂:某些工业酒精或者特定用途的酒精,為了区分或者达到特定效果,可能会添加一些指示剂或助剂,这些物质在低温下可能会改变其光学性质,呈现出淡黄色。
光线折射与吸收:微小的固體颗粒在散射光线的也会对特定波长的光线產生吸收或折射。当这些颗粒的尺寸和分布恰好能够选择性地吸收或偏转蓝光,而透射红光和绿光时,我们看到的液体就會呈现出黄色。
这次实验最核心的科学原理,就是“温度对溶解度的影响”。
固体在液体中的溶解度:大多数固体物质在液体中的溶解度都随着温度的升高而增大。例如,食盐在水中,加热后能溶解得更多。也有一些物质的溶解度随温度升高而减小,或者在低温下会析出。液体在液体中的溶解度:像酒精和水,它们通常被认为是无限互溶的,也就是说,无论比例如何,它们都能形成稳定的溶液。
但這种“无限互溶”的性质,也可能在极端的温度条件下受到影响。
这次我们看到的“牛奶”状物质,就是酒精中微量成分(主要是水和杂质)在低温下溶解度降低,从而从溶液中“析出”,形成微小悬浮颗粒的直观体现。
通風:酒精挥发性强,请务必在通风良好的地方进行。远离火源:酒精是易燃品,严禁明火,甚至要避免静电产生的火花。个人防护:佩戴手套,避免酒精接触皮肤和眼睛。如不慎接触,立即用大量清水冲洗。适度实验:不要一次性进行大量操作,以免发生意外。
下次当你看到一杯浑浊的液体,不妨思考一下,是什么在影响它的透明度?也许,答案就在你身边,就在你手中,等待你去發现。這场关于冰与酒精的“炼金术”,仅仅是冰山一角,日常生活中还有无数的科学奇迹,等待着我们去探索、去發现。希望这次的分享,能激发你对科学的更多好奇,让你在生活中,处处都能发现科学的乐趣!
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图片来源:每经记者 韩乔生
                摄
            
          
          
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