你需要準備:一小碟菸灰,兩塊方糖,鑷子,蠟燭,打火機
讓我們先來仔細觀察一下這些平日裡被忽視的神奇灰燼。用捲菸紙將晾曬烘乾的菸草絲卷製成條狀,再經過加工便成了我們所見的香菸。捲菸紙和菸草絲都極易點燃,燃燒之後一小段一小段的菸灰柱和粉末混雜在一起,呈現為灰白色。其實,香菸燃燒並不是簡簡單單的變成灰燼,而是可燃物伴隨發光發熱產生的一系列非常複雜的化學反應。所以這些看似不起眼的小粉末,其實是眾多物質的大雜燴呢!
我們的另一位主角——方糖,是個超級甜蜜的傢伙。別看它外表方頭方腦,笨笨呆呆的,可是內心卻非常複雜。每一塊方糖都是由細小的精製砂糖為原料壓制成的,它們質量純淨,表面潔白而有光澤,就連稜角都特別分明,可以算作糖家族裡當之無愧的佼佼者。方糖的主要成分是蔗糖,屬於碳水化合物,主要由碳、氫、氧三種元素所組成,是自然界中存在最多、分佈最廣的一類重要的有機化合物。
研究完菸灰和方糖的來頭,快讓我們開始動手操作吧~
請你點燃蠟燭。(使用打火機或者火柴的過程中一定要注意安全哦,這個步驟最好在成人監護下進行。)然後用鑷子夾取一塊方糖,放在火焰上,看看糖塊是否能被點燃。
你會發現方糖在火焰上並不能燃燒,它的表面漸漸開始融化,產生的膠狀物看起來也十分粘稠,凝固之後有些部分甚至變成了黑色的焦炭狀。方糖在這種“無火焰”狀態下發生的碳化,本質是一種氧化還原反應,只是反應的過程比較緩和,沒有伴隨發光發熱的現象。
難道方糖在火焰上的孤軍奮戰要以失敗告終?別急,這回該輪到神奇粉末——菸灰登場了!讓我們用鑷子再取一塊方糖,沾取一些菸灰。小朋友們注意嘍,乾燥的方糖可能不容易沾上菸灰粉末,你可以用清水將它稍稍打溼之後再放進菸灰堆裡。
啊哈,這下就容易多了!
讓我們把裹了菸灰的方糖架到火焰上方,此時你會發現糖塊並沒有迅速地開始融化,而是……沒錯!這回方糖竟然被點燃了!
沾有菸灰一側的方糖開始產生微弱的藍色火焰,漸漸的火苗越來越旺。如果周圍足夠安靜,你甚至能夠清楚的聽到方糖燃燒發出的噗噗聲。
此時,如果撤去蠟燭的火焰,方糖仍然可以繼續燃燒,而且火勢還旺的很呢~
最終,沾有菸灰的方糖在火焰中慢慢融化,粘稠的液體凝固,變成了黑色的焦炭狀固體。菸灰中的主要成分是草木灰,也就是我們常說的碳酸鹽類物質,它的存在使得菸灰整體呈現為弱鹼性。菸草葉中的油脂經過燃燒,在菸灰中有所殘留。除此之外,灰燼中還含有種類繁多的礦物質,包括磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、鋁、硅、氯等。而氧化物、酶、有機酸、酚類等物質也同樣存在於這堆神奇的粉末之中。這些元素及化合物在方糖的氧化還原反應中起到了催化和助燃的作用,使方糖燃燒並且持續不熄滅。其實,無論菸草還是方糖,碳化或是燃燒,物質發生複雜的化學反應都像是經歷一場艱難的旅行:反應物從起點出發,要爬一個大上坡才能達到發生化學反應的中心場館,這個向上攀爬的過程中,所有反應物要貢獻出自身的活化能,從而推動化學反應的進程。當催化劑和助燃劑出現時,便如同搭造了上升的索道一般,可以讓反應物毫不費力的到達坡頂,而這個過程中耗費的活化能也隨即變少。因此,催化劑和助燃劑的使用可以加快氧化還原反應的速度,讓普通的物質變得易燃,讓和緩反應變得劇烈。原來,方糖燃燒的過程中並沒有人在暗箱操作,一切秘密的根源都在不起眼的催化劑——菸灰身上。科學家們還經過研究發現,鈀、鉑等貴重金屬、部分金屬氧化物以及稀土等物質都可以催化可燃物在較低溫度下燃燒。應用這些不僅降低了能源消耗,使很多工業加工更為安全,還可以讓有害廢氣經過催化燃燒被分解,為保護我們共同的綠色地球做出一份努力!