你愛吃的松花蛋裏,隱藏着一位神奇的“畫家” | 正經玩_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2020-09-05 19:34
松花蛋/皮蛋
憑藉其獨特的風味
成為蛋類食品中的一股泥石流清流
愛吃的人讚不絕口
討厭的人避而遠之

松花蛋/皮蛋的表面
經常出現美麗的雪花狀圖案

今天的實驗就來找找
這位隱藏的“畫家”
實驗器材
所標杯、滴管、硫酸銅、培養皿、濾紙、鋅片、剪刀

實驗過程
將鋅片剪成小塊
(如果有氧化膜的話要打磨一下)
放入培養皿的濾紙上
然後用滴管吸取硫酸銅溶液
潤濕鋅片的周圍的濾紙
用蓋子將培養皿蓋好
保持內部的濕潤狀態
等待1天的時間

銅逐漸從溶液中析出
並在濾紙上“畫”出美麗的圖案
原理解説
這次的小實驗要素較多,我們一點一點地分析一下。
首先,因為鋅的活潑性高於銅,所以,鋅片遇到硫酸銅溶液時會發生置換反應,生成金屬銅。這會產生兩方面的影響,一方面,生成的金屬銅因為與鋅接觸,二者構成原電池。因為鋅失去電子的趨勢比銅大,所以,電子會從鋅片流向新生成的銅。另一方面,由於生成了金屬銅,所以,鋅片附近的銅離子濃度會減小,從而與周圍的環境形成濃度差,使得銅離子發生擴散。

鋅銅原電池
銅離子在擴散的過程中,一旦遇到之前生成的銅,就會獲得電子,發生沉積聚在一起,因此銅會不斷地生長。由於實驗裝置中使用了濾紙,而濾紙吸水之後可以創造一個近似二維的生長環境。因此,銅會形成二維的樹狀結構,而且這種結構具有分形的特徵。
生成樹狀結構的過程可以用DLA(Diffusion-limited aggregation)模型進行模擬,DLA模型的通俗描述是,在一個廣場上有很多街(gai)溜子在隨機瞎溜達,而在廣場的中間有一個街溜子在睡覺。每個街溜子只要撞到其他睡覺的街溜子,就會停下不動,加入睡覺大軍之中。一段時間之後,街溜子們就會形成類似實驗中的樹狀分佈。
DLA模擬結果
這種樹狀的結構在很多地方會遇到,比如鋰電池中的鋰離子在大充電電流的情況下,容易在電池的負極附近堆積,形成樹狀的枝晶,刺破正負之極間的隔膜,造成短路。再比如:松花蛋上的Mg(OH)₂結晶。

松花蛋
分析完實驗,看着這美麗的樹狀圖案,小編不由得感嘆:
你站在實驗室長晶體,
長晶體的人在旁邊看你。
無論怎麼長都是枝晶,
因為銅偷走了你的心(鋅)。

最後小編提醒,本期實驗需要用到一些化學試劑,請勿輕易模仿,有條件的同學請在專業人士指導下完成實驗。