想象一下,夜幕低垂,繁星點點,一位魔法師輕輕一揮手,一顆火球躍入夜空,化作萬千光點,隨即消失于黑夜中。這樣的場景,你是否在夢中見過?讓我們一起制作一張“閃光紙”,通過實驗再現夢中的奇幻場景。
濃硝酸、濃硫酸、酒精、燒杯、量筒、玻棒、溫度計、鑷子(或坩堝夾)、稱量紙、塑封袋。
1.分別量取100 mL濃硝酸和80 mL濃硫酸,倒入大燒杯中混合,如圖1。注意:操作者須戴好手套和口罩。
2.用溫度計測量混合液的溫度(大約會上升至70 ℃),如圖2。
3.待混合液溫度降至40 ℃時(可通過隔水冷卻加快降溫速度),用玻棒將稱量紙完全浸入混合液中。3~5分鐘后,用鑷子取出稱量紙,放入另一個裝有清水的燒杯中漂洗。此時,稱量紙會逐漸呈現半透明狀,如圖3。
4.取出稱量紙,用流動水輕輕沖洗,去除上面殘余的混合液,如圖4。
5.將洗凈的稱量紙浸泡于裝有酒精的燒杯中,然后取出晾干。待稱量紙完全干燥后,“閃光紙”便制作完成了,如圖5。
6.用點燃的線香輕觸“閃光紙”,“閃光紙”立即燃燒殆盡,同時發出耀眼的光,如圖6。
1.操作場地須準備滅火器等設備,且實驗結束后務必用碳酸氫鈉中和殘留的混合液,并用大量的清水稀釋排放。
2.點燃“閃光紙”時,可用鑷子夾住“閃光紙”,切忌直接用手操作。
普通紙張含有纖維素,燃點較高,燃燒速度較慢。而硝化纖維素的燃點較低(閃點12.78 ℃、自燃點170 ℃),是一種高度易燃的化合物。本實驗利用濃硫酸與濃硝酸,使稱量紙中的纖維素反應成為硝化纖維素,從而使稱量紙具有“閃光紙”快速燃燒的特性。
在這一過程中,濃硫酸除了充當催化劑,也會吸收反應產生的副產物——水,從而避免纖維素和硝化纖維素溶于水而使紙張糊掉。
硝化纖維素與我們的生活息息相關。在電影剛被發明時,人們就利用硝化纖維素作為電影膠片的基礎材料,因為它既能承載圖像,又能在放映機的強光下快速通過,從而形成動態的畫面。硝化纖維素還能用來制作防火布料,因為它在受熱時能形成保護層,減緩燃燒速度。
雖然硝化纖維素有很多用途,但它也是一種危險品,特別是當它受到撞擊、高溫或儲存不當時,可能引起火災甚至爆炸。所以,在使用和儲存硝化纖維制品時,一定要嚴格遵循安全規定,確保在專業人士的指導下進行。