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反应动图:铜币变金币Comments>>

发表于 2017-09-14 07:26 | Tags 标签:, ,

本文来自窗敲雨的个人公众号“酷炫科学”,源链接在这里

这是一个很神奇的反应,不过往后看你就会知道,神奇的点其实不在于颜色变化。

在烧杯中加入硫酸锌溶液和金属锌颗粒,以及表面光洁的铜制硬币(需要接触到金属锌)并加热。接下来会观察到铜币变成银白色:

vrain-transmute-1

(动图是加速的)

把已经变成银白色的硬币捞出来冲干净,然后再放到本生灯、加热板之类的地方进一步加热。接下来——它变成金币了!(喂)

vrain-transmute-2

当然这肯定不是金和银。其实是硬币的表面在反应中覆盖上了一些金属锌,然后就变成了银白色。之后充分的加热让锌和铜形成了金黄色的合金,这也就是黄铜。

vrain-transmute-3

听起来似乎是个简单明了的反应,但是,你可能会发现其中的疑点——这反应怎么发生的?我们在体系里只有锌盐、金属铜和金属锌,而现象显示无疑是有锌离子被还原到了硬币的表面,那还原剂是谁?金属铜把锌置换出来?这反应方向不对啊……

事实上,这个反应的还原剂是锌。是的,一个其实很古怪的电化学反应。一边是铜电极上锌离子被还原形成金属锌,另一边是锌电极上金属锌被氧化变成锌离子……还有这种操作?

根据我看到的论文解释,这个反应的驱动力其实来自形成合金。实验发现,在铜和锌表面让锌离子还原,这二者的趋势(确切地说,电极电位)确实是不一样的,如果把它们连接成原电池,锌总是会更倾向于沉积到铜的一边。原因可以这样来理解:在铜的表面,锌与铜形成了很薄的合金,这个合金其实是和纯粹的金属锌不一样的东西,它性质更稳定一些。

也就是说,这个总反应其实可以这样理解:
金属锌(性质更活泼)→铜锌合金(性质更稳定)

从相对不稳定的状态生成相对稳定的状态,这样反应看起来就合理多了。

有其他一些实验证据可以支持这个推测,比如说其他几种能和锌形成合金并且比锌稳定的金属也能发生类似的反应。而且这个反应并不能一直持续进行,只能生成很薄的一层,因为锌在铜中的扩散没有那么快,随着反应,表面的合金中锌比例会越来越高,最终“形成合金变得更稳定”的优势就没有了。

按照这个解释,其实第一步的“银币”表面我们看到的也是铜锌合金而不是纯锌,只不过因为比例不一样所以它不是金黄色的。

这个简单有趣的实验有很多地方都提到,不过也有很多地方并没有明确地解释原理。其实这个原理还是挺有趣的_(:з」∠)_

PS:经典版本的金硬币实验要用到氢氧化钠,但后来证实氢氧化钠其实不是必要的条件。

现在的版本风险不太高,不过还是建议在专门的实验室中进行操作。

参考资料:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed072p386?journalCode=jceda8
实验操作的完整介绍见:
https://melscience.com/en/articles/alchemists-gold-experiment/

原视频录制者:Mel Science

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4 Responses to “反应动图:铜币变金币”

  1. 匿名说道:

    有意思。

  2. 匿名说道:

    666

  3. 匿名说道:

    因吹斯听

  4. 福尔说道:

    有点意思,多来点这种类型的。哈哈哈

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