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洗澡时,元素周期表里的元素挨个飞来会怎样?(二)

本帖由 漂亮的石头2020-03-08 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    [​IMG] 老伏,因为洗澡的时候飞进来元素而莫名其妙火起来的高三狗 阅读原文

    我们经过艰难跋涉,终于走出了第一过渡系的泥潭(全都是金属太没意思了),来到了 p 区。

    迎接你的是第 31 号元素 Ga 镓,它也是银白色金属,熔点极低(约 30℃),放在手中就可以融化。有些所谓的魔术表演“强酸融化勺子”什么的都是瞎扯,其实就是用镓做了个勺子,再放进一杯温水里就融化了,没有任何技术含量(嘲讽)。我们用给你扔进来一把镓做的掏耳勺,希望你能谨慎使用。

    但是 Ga 的沸点极高,达到了约 2400℃,也就是说 Ga 的熔点和沸点之间相差约 2370℃(对比:铁的熔沸点之差约为 1210℃,铁的沸点是 2750℃),镓的这个特性使得它在较热的环境中将以液体的形式存在,并且可以忍耐很高的高温,经常被人们用于制作测量高温的温度计。这是因为 Ga 晶体中存在 Ga2 分子,熔化时克服的是范德华力,而沸腾时要裂解成原子,克服的是共价键的静电力。

    另外,由于液态金属的特性,目前有关于使用镓制作液体机器人的报道。(终结者?)

    [​IMG]

    【镓在手中熔化】

    但不好意思,镓在潮湿的空气中很容易被氧化,并且在浴室的温度下很容易熔化。现在你的掏耳勺已经变成了一堆灰白色粉末(氧化物),你失望地把它们扔进一个茶包里。

    32 Ge 锗是(以前)常见的半导体材料。值得一提的是,人们最先开始研究半导体的时候是从 Ge 开始的,之后才将重心转移到了 Si 身上(周期表中锗和硅同族,门捷列夫预言的“类硅”就是锗)。它没有什么特别的化合物,我们把锗制成了一个长方形片,再刻上两条杠,做成德国国旗的样子扔给你。因为它的发现者是德国人,为了纪念自己的祖国(拉丁文:germania),他将锗如此命名。

    是不是感觉有点烦了?这个时候好戏才刚刚开始……

    因为 33 号是 Ass,噢不好意思手滑了,是 As 砷。说到这个元素,相信大多数人的反应都是砒霜、雌黄雄黄什么的。但是此时 As 是以胂的形式进来的。你没看错,胂,不是砷。胂(AsH3)是具有剧毒且恶臭无比的气体【注意:百度百科对此解释有误,胂不是有机物】,的确很像从 Ass 中产生的。你此时已经感知到了它的存在,并下意识地低头看了看浴缸里——水面平静,没有波纹或气泡释放。【含有 5g 砷的胂体积约为 1.63 升,室温】

    所幸,胂在热力学上极不稳定,加热时易分解为砷单质和氢气,并且这个胂浓度一时半会儿要不了你的命,以目前的情况来看,你完全可以撑到复活币技能冷却。如果在极小的密闭空间中加热分解,胂就会形成亮黑色的砷镜(类比银镜)。为了去除空气中残存的砷颗粒,我们打开了抽风机。

    顺带一提,你的玫瑰红色洗澡水稍微变淡了一些,这是因为胂具有还原性,可以和高铁酸钾反应。

    34 Se 硒,这个元素没有什么有趣的化学性质,不过百度百科上有这么一条:

    男性更需要补硒,因为供给体内的硒大部分集中在生殖器官中,并可与精液一起排出体外。特别是生活在高污染地区的居民,生活在贫硒地区的居民,更需要补充硒。

    声明一下,我这不是在开车,这个是正经的学术讨论,咳,学术讨论!算了,说点正经的。啤酒瓶子都见过吧,大多数都是绿的,但是果啤的瓶子是透明的。想过为啥吗?一般的玻璃在制造的时候会因为工艺操作而混入 Fe2+ 而显绿色(当然也可以是故意染的),而 Se 则显红色,与 Fe2+ 在光学上互补为无色,将少量 Se 掺入绿色玻璃中可以制成无色玻璃。

    因此,我们为你定制了由透明玻璃制成的浴袍,这可是“皇帝的浴袍”,其中就含有那 5gSe,以及一部分之前和你的狗甲顽强斗争光荣牺牲的 Fe(被我们还原成了二价)……

    35 Br 溴,与 F、Cl 同族,呈红棕色液体。与之前的 Ca 相似,一位名叫巴拉尔的年轻人打了李比希(有机化学之父)的脸。李比希早于巴拉尔发现溴,但他草率的认为那是氯化碘,便没有深入研究。这个故事告诉我们,要敢于打别人的脸,这样才会有科学的进步(大雾)。我们把溴以液体的形式倒了进来,它迅速地与高铁酸钾欢快地反应了起来,生成溴酸钾。当然,这对你的健康不会有太大的损害。

    36 Kr 氪,稀有气体,它通进来和没通进来没啥区别,所以我们允许你在这 5 分钟里穿着皇帝的浴袍出来走动走动,我们顺便履行承诺,给你换一缸洗澡水,并且清点一下现存物质。放心,小鸭子不会给你扔了的,它还是粉红色。

    [​IMG]

    【氪气管 氪在高压通电下及其明亮】

    由于在高铁酸钾溶液中浸泡时间过长,你被高铁酸钾氧化了,脖子以下基本上呈黄褐色。并无大碍,过几天就好了,前提是你得能活到几天之后……

    至于你愿不愿意穿着皇帝的浴袍出来逛一逛,那就是你自己的事儿了……

    此时我们已经更新完了洗澡水,你回到了浴缸里。茶包都还在,小鸭子也在,一切似乎都很安逸的样子……(呵呵呵呵)

    你发现浴缸旁边多了两枚金灿灿的硬币,咦,这不就是复活币吗!难道是答主更新洗澡水的时候落在这里的?这岂不是美滋滋……

    突然,一枚白色物体从你眼前略过,准确无误地落入了浴缸。

    pong!你只觉得眼前一红,又一黑,随后便看到了这样的画面:

    [​IMG]

    此时你的心中:??????????????????

    (没错这就是你们喜闻乐见的爆炸效果)

    37 Rb 铷,距离 Nb 只有一步之遥(Nb 也是一种元素),排在 K 的正下方,及其活泼,遇水即炸。当然,正是由于 Rb 太过活泼,要提取出来纯净的单质很麻烦,工序复杂,成本高昂,大概 256000 元 1kg,也就是说 256 元 1g。这一下子就炸掉了 1280 元……

    人家是有美国大学撑腰的,经得起这么折腾……咱没钱,看看就好。

    在这里就介绍一下装着 Rb 的容器吧,它比较特殊,可能很多人都没听说过。(我也是写这篇文章时第一次查到)

    安瓿(音同“不”)瓶,是一种完全密封的小瓶子,常用于储存注射药物、疫苗、血清等必须及其纯净的物质。装入东西之前是有开口的,完全杀菌之后装入药剂,之后用火灼烧瓶口,使瓶口的玻璃融化,达到完全密封的效果。打开的时候要把瓶颈折断,所以是一次性的。

    [​IMG]

    于是,你就这样莫名其妙地使用了一枚复活币。

    好了,把你的小鸭子从门外捡回来(被炸飞了),没啥事儿就接着洗澡吧,后面还有 81 个原素等着呢。由于使用了复活币,洗澡水被再次净化,溶解的氢氧化铷被除去。

    接下来是 38 Sr 锶(才不是 SSR!),作为碱土金属的它同样也很活泼,但远不及铷,不会发生爆炸式的反应。被氧化的漆黑外表下隐藏着一颗不安分的心。

    锶落入浴缸里虽然不会剧烈反应,但是以现在的条件还是可能会爆炸。因为刚才铷和水反应产生的氢气还有大量剩余,此时锶又可以产生大量氢气,并且燃烧,氢气达到爆炸极限之后就会……

    pong!

    [​IMG]

    于是你就一脸懵逼地用掉了第二枚复活币……

    闹归闹,锶的用处还是很大的。比如,作为高考题目备选项问你锶的焰色是( )

    A、紫红色 B、砖红色 C、橘红色 D、洋红色 E、死亡芭比粉。

    前几年考过一次 Ba 的焰色坑死不少人……

    不要偷看答案。

    答案是 D,洋红色,或者有时候直接表述为红色就好。

    [​IMG]

    【虽然说锂是紫红色但我也没看出来怎么个紫法】

    围观的高三同学们,我要是押题押中了到时候记得给我赞赏(虽然现在还不能开通赞赏)。

    此外,Sr 主要用于制造信号弹、烟火等。

    是不是我这么一皮你就牢牢记住 Sr 的焰色是洋红色了?

    回到浴室,继续洗澡。

    39 Y 钇,这是一个及其尴尬的元素,我打这个字的时候都找了好久,在蓝皮《无机化学 下册》的教材上甚至都没有提及这个元素。

    因为它的用途讲起来令人懵逼,虽然很贴近生活,但还是不好理解。它甚至连颜色都是黑灰色,不如那些银白色的金属耀眼。

    但是,它是第一个被发现的稀土金属(钪、钇和全部镧系元素)!其貌不扬的它居然还是稀土老前辈。

    为了安抚刚刚被炸死两次的你,我们决定这一下就不整你了。给你一块钇就好,再没有别的心机了。

    40 Zr 锆(音同告),银色光泽,熔点高,亲氧性强,放在空气中不管就会形成氧化膜。没什么值得强调的,把它和钇放在一起吧。

    41 Nb 铌,就是刚才提到的那个,名字听起来很牛逼,常用于核工业(确实牛逼),可以抵抗除了 HF 之外的一切酸的腐蚀,包括王水(是不是感觉更牛逼了)。并且和前面几位动不动就被氧化的不一样,铌很稳定,在氧气中被加热到红热也不完全氧化。我们送给你一个铌块,以表彰你存活到现在的顽强生命力与意志力。

    [​IMG]

    【色泽对比:C(后排),Ag(左),Nb(右) 稍微黯淡了一点不影响它的牛逼性质。】

    42 Mo 钼,你可能并没有听说过它,但它是动植物体内的微量元素,离开了它,你很有可能活不下去。MoO3 有一个好玩的性质——常温下是白色的,加热后就会变黄。我们把它做成小球,放到那只小鸭子眼睛的位置。

    至于第 43 号元素嘛,稍微认真看过周期表的人就会发现它不太对劲……这的确是个特殊的例子。欲知后事如何,且待下回分解。

    此时此刻,坐在浴缸里的你不禁陷入了深思——我是谁?我为什么要洗澡?我为什么要洗这么久?我身边这一堆乱七八糟的茶包有什么存在的意义?为什么最近一直很平静?

    直到又一块银白色的金属飞入……

    [​IMG]

    43 Tc 锝(台湾地区称为鎝),是首个以人工方法制得的元素,也是周期表中原子序数较小的放射性元素。之所以说它特殊就是因为它和周围的元素格格不入——别的元素符号都是黑色,就它是红色。

    锝在自然界中没有稳定的同位素,人类直到 1937 年才真正发现了锝,在这之前都只是预言。至于为什么会这样,貌似现在还没有研究清楚。有个理论,叫做同位素统计规则,是这样说的:

    不可能存在质量数相同,元素序号相差一的两种稳定同位素。

    解释一下(敲黑板),简单来说意思就是,不可能有两种原子序数相邻的元素,它们的中子数和质子数之和相同。如果必须有,那其中一种一定是不稳定的。

    详细解释,我们来看看 42Mo 和 44Ru 的各种同位素:

    94Mo、95Mo、96Mo、96Ru、97Mo、98Mo、98Ru、99Ru、100Mo、100Ru、101Ru、102Ru

    注意,Mo 和 Ru 并不相邻,因此可以同时稳定存在 96Mo 和 Ru 等。

    于是我们便发现,上面的一连串数字从 94 到 102 就没有间断过,这使得被夹在 42 和 44 之间的 43Tc 没有立足之地。依照统计规则,就不应该存在稳定的锝。

    锝的发现史也是一波三折——因为它是“失踪的元素”,许多科学家们都宣言自己发现了锝,但都被证明是错误的。门捷列夫曾经预言“类锰”的存在,就是锝。

    你可能已经发现了一个细节:刚才说的是同位素统计规则,统计,就意味着这只是经验规律而已……因为实际上有很多特例……所以刚说了这么一大堆,可以归结于一句话:

    我们其实还没弄懂为啥锝不能稳定存在,但我们不想直观地表述出来。

    嗯,就是这样。(微笑)【如果有化学专业的大神了解的更多的话欢迎在评论中补充,我会搬到上面来。】

    回过头来,说说你们一直期待的放射性

    锝有三种同位素:97、98 和 99,其中 Tc-97 是人造的,98 和 99 是天然状态下的(微量存在)。98 和 99 的放射性来源于β衰变,而 97 的放射性则来源于电子捕获。我们给你扔进来的是一块 Tc-97,因为 98 和 99 实在太少了,收集不了 5g。一吨铀 U 中只有几毫克天然 Tc。

    电子捕获,也被称为逆 β 衰变。我们知道β衰变是原子核中的中子变成一个电子和一个质子,那么电子捕获就是反过来——原子内层的电子(K 或 L 层)被原子核中的质子吸收,变成中子。这是一种奇特的衰变方式。发生电子捕获的时候还会释放电子中微子和 X 射线,这就是放射性的来源。

    因此,你现在和 5g 的 Tc-97 在同一个浴缸里,它正在不停地发出 X 射线……

    诶,别跑啊,你这样什么都不穿就从浴室跑出去好像有点……你要是非得跑出去的话记得一定要大声喊“我知道了,我知道了”(假装自己是阿基米德)。

    Tc-97 的半衰期是 2600000 年,这个时间已经比中华文明的存在时间不知道长了多少倍。所以其实并没有什么好怕的(此时你已经打开了浴室的门,跑了出去)。Tc-97 还经常被应用于低温化学及抗腐蚀产品中,都能生产化应用了你还怕个啥?

    嗯,今天的时间基本上都用来查资料了,希望我把 Tc 讲清楚了吧。

    【置底:问答时间】

    现开设此栏目,选择评论中大家关注比较多的问题和有趣的问题解答。

    1、Q:很好奇那个浴缸使是什么做的。

    A:这个浴缸的材料及其稳定,从不和任何酸、碱、氧化剂、还原剂反应,耐高温,不会融化,耐低温,不会冻脆,坚硬程度堪比金刚石,光滑到摩擦因数为零……(其实没有这么夸张啦)

    这个材料的名字就是——杂质!它经常被命题人狠心地抛弃。我们把杂质收集起来,制成了这个无所不能的浴缸。

    2、Q:答主应该学过化竟(小声哔哔)。

    A:的确学过一年的化学竞赛,不过现在已经退竞快两年了。没保送,没进省队,还要高考。欲知详情可以点击下面的那个故事链接。

    3、Q:你把偏铝酸钠说成四羟基合铝酸钠,很高大上的样子。

    A:纠正一个概念:严格来说,偏铝酸钠和四羟基合铝酸钠不是一个东西,不是一个东西,它们的结构是不一样的。偏铝酸钠(NaAlO2)是固态晶体的组分,四羟基合铝酸钠是水溶液中的成分。当然,仅在高中化学范围内,则认为它们是一个东西(毕竟课本上是这样写的)。

    4、Q:我怎样才能学好化学?

    A:这个嘛……就学科本身来说,兴趣是第一,不然的话肯定会觉得化学学起来很枯燥难懂。最重要的就是多看书(大学教科书),因为作为理科,有很多东西都是你没见过的,眼界宽了、见识的多了,慢慢就领悟到了。

    或者也可以去百度上乱搜,你随便搜个化学物质,网页右边的推荐栏里就会有一堆乱七八糟的东西,当那里面的东西你基本上都认识的时候就差不多了。(比如:你知道氧气的氧有四种单质形式吗?——孔乙己)

    如果是针对应试的话,带有功利性,那就刷题吧……这个是不会错的。

    创作有点耗时间,这样的一次更新大概要花费一个小时,但质量应该是能保证的。

    阅读原文
     
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