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你爱吃的松花蛋里,隐藏着一位神奇的“画家” | 正经玩

Shiny&Tom 中科院物理所 2023-07-28

松花蛋/皮蛋

凭借其独特的风味

成为蛋类食品中的一股泥石流清流

爱吃的人赞不绝口

讨厌的人避而远之

松花蛋/皮蛋的表面
经常出现美丽的雪花状图案

今天的实验就来找找
这位隐藏的“画家”



实验器材


所标杯、滴管、硫酸铜、培养皿、滤纸、锌片、剪刀

实验过程




将锌片剪成小块

(如果有氧化膜的话要打磨一下)

放入培养皿的滤纸上

然后用滴管吸取硫酸铜溶液
润湿锌片的周围的滤纸

用盖子将培养皿盖好
保持内部的湿润状态
等待1天的时间

铜逐渐从溶液中析出

并在滤纸上“画”出美丽的图案


原理解说





这次的小实验要素较多,我们一点一点地分析一下。

 


首先,因为锌的活泼性高于铜,所以,锌片遇到硫酸铜溶液时会发生置换反应,生成金属铜。这会产生两方面的影响,一方面,生成的金属铜因为与锌接触,二者构成原电池。因为锌失去电子的趋势比铜大,所以,电子会从锌片流向新生成的铜。另一方面,由于生成了金属铜,所以,锌片附近的铜离子浓度会减小,从而与周围的环境形成浓度差,使得铜离子发生扩散

 

锌铜原电池


铜离子在扩散的过程中,一旦遇到之前生成的铜,就会获得电子,发生沉积聚在一起,因此铜会不断地生长。由于实验装置中使用了滤纸,而滤纸吸水之后可以创造一个近似二维的生长环境。因此,铜会形成二维的树状结构,而且这种结构具有分形的特征。

 

生成树状结构的过程可以用DLA(Diffusion-limited aggregation)模型进行模拟,DLA模型的通俗描述是,在一个广场上有很多街(gai)溜子在随机瞎溜达,而在广场的中间有一个街溜子在睡觉。每个街溜子只要撞到其他睡觉的街溜子,就会停下不动,加入睡觉大军之中。一段时间之后,街溜子们就会形成类似实验中的树状分布。

 

DLA模拟结果


这种树状的结构在很多地方会遇到,比如锂电池中的锂离子在大充电电流的情况下,容易在电池的负极附近堆积,形成树状的枝晶,刺破正负之极间的隔膜,造成短路。再比如:松花蛋上的Mg(OH)₂结晶。

 

松花蛋


分析完实验,看着这美丽的树状图案,小编不由得感叹:

你站在实验室长晶体,

长晶体的人在旁边看你。

无论怎么长都是枝晶,

因为铜偷走了你的心(锌)。



最后小编提醒,本期实验需要用到一些化学试剂,请勿轻易模仿,有条件的同学请在专业人士指导下完成实验。


因此本期不接受投稿,奖品将通过留言的方式来发放,截止到9月7日中午12点,评论区点赞排名第3、5名的粉丝,将获得 所标杯 一个。


参考资料

[1] 原电池

[2] 锂电池枝晶


上期回顾

NO.218 刚喝完的汽水瓶不要扔,吸管伸进去,隔壁的小孩都... | 正经玩

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投票时间于9月9日零点截止

票数前 两名 将获得 《自然的音符:118种化学元素的故事》 一本 

本期实验的奖品将通过留言的方式来发放

截止到9月7日中午12点

评论区点赞排名第3、5名的粉丝

将获得 所标杯 一个


往期回顾



编辑:xx


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