pH=2.7的硫酸能喝吗？| No.224

Original Frions 中科院物理所 2021-01-06

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213个

一个是硫酸，一个是可乐
都是pH=2.7
但一个是危险的化学药品
一个是常见的肥宅快乐水
明明大家的pH值都一样
为什么待遇差别这么大
硫酸：气抖冷，我什么时候才能站起来

Q1

为什么绿豆汤放久了会变红，成了红豆汤？

by 匿名

答：
绿豆汤的颜色，不是因为绿豆的品质有问题，也不是因为绿豆煮着煮着悄咪咪的变成了红豆，而是取决于其中的一种多酚类物质。这种物质，非常的调皮，它很容易在外界条件影响下，发生氧化、聚合等反应。而影响它的一个最主要的外界条件，就是水。如果水质呈酸性，那煮出来发概率是绿的；如果水质是碱性，多酚物质和其中的碱性离子发生反应，就会变红。可以简单的记为：酸绿碱红。此外，有研究表明，氧气也是促进多酚物质反应的条件之一，所以也会有人发现，开盖煮、煮的太久，或者煮完晾凉，汤也会变红。
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.

Q2

为什么pH2.7的硫酸不能喝，pH2.7的可乐就可以喝？

by 匿名

答：
必须强调，任何实验试剂都不能食用，接触和使用都要佩戴好手套等防护器械，实验区域也禁止饮食，接下来的讨论也都只是假想。理论上，pH2.7的硫酸少量摄入是没有生命威胁的，但是仅仅只是假设，通常实验试剂中的杂质是非常多并且危险的，所以永远不要尝试。因为pH2.7的硫酸浓度已经很低了，大概只有0.005mol/L（化学实验常用的0.5M稀硫酸浓度通常是0.5mol/L），如此低浓度的硫酸对于机体，氢离子不再是威胁，反倒是硫酸根的大量摄入有可能会诱发剧烈腹泻（食品级的硫酸钠结晶是泻药），但是不要去尝试，不要拿自己和他人的生命健康开玩笑。可乐的酸性主要来自于溶解的二氧化碳和磷酸，这两种物质并不具有强烈的腐蚀性，唯一的危害不过就是让你的牙齿更加脆弱（珍惜健康，少喝可乐）。
从稀硫酸拓展到浓硫酸，浓硫酸的危险性是非常巨大的，永远不要去尝试。
回顾一下高中化学中浓硫酸的性质：酸性、氧化性、脱水性。浓硫酸的氧化性意味着强烈的夺电子能力，可以直接在金属表面形成氧化膜，有机物大量的还原性的羟基在浓硫酸面前必须要低头。而浓硫酸的脱水性则更是可以直接将有机物中的H、O以水分子形式夺去，参考经典的浓硫酸和蔗糖的反应，没有任何生物体能在这种环境下安然无恙。
浓硫酸与蔗糖的“黑面包”反应
至于酸性，对于我们哺乳动物来说，是唯一可以有所抵抗的，但是仅限于偏酸的食品和饮品，浓硫酸浓盐酸等强酸已经不再是我们所能承受的了。我们的消化道表面有一层由细胞分泌的粘膜，这层粘膜可以保护我们的消化道表面的上皮细胞免受酸性或碱性物质的腐蚀。此外，上皮细胞本身就属于极为结实抗造的细胞类群，进一步扩大了我们对不同酸碱性食物的耐受性。不仅如此，我们的胃中还充盈着胃酸，一个主要由盐酸和蛋白酶组成的pH值低至1.5~3.5的液体(想不到吧，我们自己胃也会分泌盐酸，H⁺主要来源于壁细胞（parital cells）），pH2.7的可乐等酸性饮料食物在胃酸面前不过是小巫见大巫，在经过胃消化之后，与胃酸一道进入十二指肠，在这里与肠道分泌的碳酸氢钠相中和，成为相对碱性的混合物并最终被吸收或排出体外。
胃酸分泌示意图
一言以概，没有腐蚀性，酸性不太强的食品级液体，比如pH在2左右的可乐和橙汁，我们身体都是可以接受的，但是不要尝试任何实验试剂，即使是pH7的中性物质。
by 某大型裸猿
Q.E.R.

Q3

保鲜膜粘住碗的原理是什么？

by Sing

答：
保鲜膜又叫自粘膜或者食品薄膜，它之所以能够紧贴在光滑表面上，是因为在把它从卷轴上揭下来时它上面带上了电荷。保鲜膜能够紧贴在绝缘物体上，道理与一张不带电荷的纸片能够贴附在计算机或电视机的显示屏玻璃表面上的道理是一样的。因为保鲜膜和它所贴附的物体两者之间具有一定的电势差。只有在被贴附的物体是绝缘体的场合才可能有这种电势差。如果被贴附的物体是金属，保鲜膜上的电荷会立即消散在整个金属物体上，就不会有这种效应。
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.

Q4

为什么六氟化铀相对分子质量那么大而沸点那么低？

by 匿名

答：
首先共价化合物六氟化铀是一个八面体结构，六个氟原子在以铀原子为中心的八面体的六个角上，这种高度对称的结构导致其为非极性分子。分子的熔沸点主要是看分子间作用力和氢键。而分子间作用力主要包括取向力，诱导力，色散力。而非极性分子仅有色散力，这就比大部分极性分子甚至是有氢键的体系熔沸点低了。对于同一系列的六氟化物XF₆，我们只要对比其X-F的化学键强弱，就可以知道其熔沸点高低了。当然我们也可以从外层的d轨道的扩散程度来判断键能的大小。
by Aaron Chen
Q.E.R.

Q5

为什么核爆炸一定会产生蘑菇状的云？

by 匿名

答：
严谨一点地说，不是所有核弹爆炸都会产生蘑菇云，反例比如地下的核爆。现在我们考虑最容易产生蘑菇云的情况——近地表核爆。
在地面上的一颗核弹爆炸后，极短的时间内释放出了巨大的能量，将周围的空气等物质迅速加热。空气受热膨胀，密度减小，而核爆上方很高的地方，空气还没有被加热，密度大，于是出现密度大的空气盖在密度小的空气上方的现象。这种现象自然是不稳定的，就像在油表面盖了一层水一样，于是两层流体便会相互运动，这种现象叫做瑞利-泰勒不稳定性。密度小的热空气穿过密度大的冷空气上升，那么热空气跑了，留下的位置怎么办？四周的冷空气便会裹挟着爆炸的碎屑涌过来“占位”，热空气继续上升，冷空气继续跟随，这便是蘑菇云“长高”的过程。热空气在爬升过程中会逐渐冷却，因此蘑菇云不会一直“长高”。
图源网络
那么蘑菇的伞盖是怎么来的呢？热空气顶着冷空气上升，自然会遇到冷空气的阻力，想象一下，用手轻压圆柱状的橡皮泥，橡皮泥的顶部是不是会被展开压平呢？
此外，也不仅仅只有核爆会产生蘑菇云，很多当量足够大的爆炸都有可能产生蘑菇云，例如常规装药的“炸弹之母”也可以产生蘑菇云。
by 金鱼J
Q.E.R.

Q6

能不能用人工改变气象条件的方式阻拦导弹？

by しらない

答：
这个设想很有潜力。对于一些特定的导弹而言，此类阻拦干扰手段已应用到战场。
气象武器通俗说就是“呼风唤雨”
二战之后，美国军方曾提出“气象控制比原子弹更重要”，成立了麦金莱气候实验室，并且秘密立项数十个气象研究。美国空军、海军和国防部高级研究计划局还共同开展了“高频主动极光研究项目”（HAARP）。
HAARP的主体设施是一组十几米高的相控阵天线，其通过向地球大气层发射大功率高频电磁波，试图引起气候异变，最终诱发暴雨、洪灾、飓风等气象灾害，其负责人在对五角大楼的报告中提到：”它能改变特定区域的气象，使敌人面临极其恶劣的气象条件，甚至可以使敌人无法采取任何反击行动！”[1][2]有观点认为，其原理在于利用HAARP定向改造地球电离层，进一步期待在北极上空烧毁来袭洲际导弹的电子制导系统，以此达到拦截目的，也有观点认为，该设想过于天马行空[3]。而且，该项目确实通过发射高能无线电波，成功在电离层中制造出了极光，论文发表在了Nautre上。[4]
当然了，气象武器不仅仅有极光之类炫酷的形式，灰蒙蒙的雾霾也是天气现象嘛~
局座：雾霾防激光[5]
激光在传播过程中，会被雾霾中的颗粒物吸收和散射，从而导致激光的衰减，影响激光制导的精度，对于激光制导导弹来说，雾霾防导弹可不是说着玩的哦~在海湾战争期间，萨达姆就曾经点燃油井制造浓烟浓雾来干扰美军的激光制导武器。
下面是我国的火箭发烟车，相当于人工制造雾霾，浓烟之下，首先肉眼视力受影响，而且可以影响激光制导导弹。（这里的激光制导武器指纯激光制导，不包括使用了激光制导、卫星制导等的联合制导武器）
信息来源：
[1] 《警惕气象武器发展》中国军网（中央军委批准中国人民解放军唯一新闻门户网站）
[2] 《美国HAARP气象武器将使地球面临毁灭危险》央视网新闻频道
[3] Nature.Vol 452. 24 April 2008
[4] Nature. 433，498-500（2005）
[5] CCTV4，《海峡两岸》
by 金鱼J
Q.E.R.

Q7

如果摩擦力和接触面积无关，那为什么绳子在棍子上多缠几圈就会变得比只缠一圈更紧呢？by 巧克力

答：
拉缠绕在柱子上的绳子的过程可以看成是由很多个绳子的微元逐级传导力的过程——对于每个微元，它感受到来自被拉一端的力并拉动下一段微元。由于柱面是弯曲的，通过对微元进行静力学分析可以看到，由于摩擦力的存在，每一个微元传递给下一段微元的力都比自身感受到的拉力小，具体的公式推导给出了指数衰减的关系。因此绳子缠的圈数越多越难拉是由于系统传动效率变低导致的。这个现象实际上很早就被人们观察到——将绳子在柱子上缠几圈就可以拴住大船——并最早被欧拉解释。
详细推导看这里↓
建立如图所示的坐标系（注意：张力与轴的夹角为）
对于每个相对圆心张开角度的微元，它在法向和切向都是受力平衡的，由此给出下面两个式子。
近似：
经过近似后得到两个跟微分量有关的新的式子：
将上述两个式子做比，并把两个微分量分别放到两边并积分就得到了如下关系式：
by 牛肉狂魔
Q.E.R.