我与化学的故事:探索与创新

作者: 席英恺

来源: 格致论道讲坛

发布日期: 2022-04-27 17:47:04

席英恺分享了他对化学的热爱和实验探索的过程,从简单的化学反应到复杂的晶体制作,再到环境污染处理的研究,展示了化学的魅力和实用性。

对于我来说,做化学实验的过程,是可以像打怪升级一样上瘾的。我是来自北京市中关村中学高二11班的席英恺,今天我来分享一下我与化学的故事,讲一讲我和我的晶体宠物。从小,我就特别喜爱化学,经常拿着元素周期表背诵和抄写。同时,为了获得更多的化学知识,我也在网上购买了许多化学书籍,像是《实验室的魔法日常》、《疯狂科学》等等。渐渐地,我不满足于看别人怎么做实验,也想自己来尝试进行实验了。

举个例子,看过刑侦片的人可能都听说过鲁米诺反应,这个反应可以用来检测在现场被擦除的血迹。据说这个反应非常的灵敏,可以检测到被稀释到1/1000000的血液。鲁米诺反应看起来十分简单,但却十分有用。同时,我也在不断探索、尝试与创新。这是以溴为主要元素的振荡反应,在化学上我们叫它溴BZ振荡。我并不局限于拍摄视频,也喜欢养各种晶体。

随着化学学习的深入,我发现利用一些特殊的物质和方法,也能在化学实验室里制作出美伦美奂的矿物晶体。我第一个尝试的,便是银单质的晶体。不同于大部分晶体所采用的加热冷却结晶法,银单质的晶体采用了一种比较特殊的方法——电解。我用硫酸银与氨水配成银氨溶液,并采用铂片和钛丝来进行电解。非常幸运,我第一次就得到了银单质的晶体。既然银单质的晶体都可以得到,那我们是不是也可以尝试制作金单质的晶体呢?

于是,我购买了一种比较昂贵的材料:氯金酸。我将它溶解在稀的氢氧化钠溶液中,并再一次采用电解法进行了制作。但令人泄气的是,这一次并没有得到金黄色的金单质,而是得到了大量的棕色纳米金。于是,我又用王水把它溶解成氯金酸,并用高中学到的银镜反应,用类似的方法在玻璃器皿表面镀成了一层金镜。同时,我也采用电解法制作了铜单质的晶体。不过,单质的晶体逐渐看来也并不是那么的美丽了,于是我又开始尝试制作化合物的晶体。

我利用4K相机在较近距离下观察了硫酸铜的结晶过程。在观察过程中我发现,带有灰尘和有较大扰动的情况下,晶体更容易以晶簇的方式析出,得不到比较大个儿的单质晶体;而在没有扰动且灰尘较少的情况下,就容易形成小个的单晶,最终得到大个的单质晶体。于是,结论就很明显了:想得到比较好的单晶,就必须保证溶液没有扰动。当然了,我也希望能通过学习化学,做出一些对我们的生活有所帮助的事情。

于是,我在高一上学期参加了英才计划,有幸去到了中科院过程工程研究所,进行为期一年的探究与学习。大家都知道,染料废水如果不加以处理就直接排放,会对环境造成不小的污染。我就以“如何高效处理染料废水”为课题,模拟了染料废水甲基橙溶液来进行降解处理,使其对环境无害。但是,我在测试的过程中发现了一个问题:在两种基本相同的情况下,有时分解效率能达到70%以上,而有时却只有不到1%。

我采用了不同的分解材料和催化剂,都是这个结果,被这个问题困扰了两三个月。当时我真的快要崩溃了,为什么别人制作的催化材料重复性就那么好,而我的重复性就这么差呢?这时,我的师姐提到,两次实验分别是在夏天和冬天,有可能就是短短十几度的温差导致了这样的结果。于是,我在导师和师姐的帮助下,对实验装置进行了改进,做到了恒温、恒湿。在这样的装置加持下,我的催化效率就大幅度地提高了。

之后,我又利用上图的仪器对二氧化钛进行了物理和化学性质的分析,探究形成这个结果的原因,并提出了自己的见解,算是完成了一次比较完整的探究过程。通过这次探究我发现,原来化学实验的设计与提高是这么的复杂。但是这个不断探索、探究、解决问题的过程就像打怪升级一样,非常地让人上瘾。

最后,我想用这句话来勉励自己,和在化学探索过程中遇到困难的同学们:有了极高的温度、巨大的压强、合适的催化剂,即使是最普通的石墨,也会变成最坚硬的金刚石。在化学探究与探索的路上,我将一直走下去。我的演讲到此结束,谢谢大家!

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