重現(xiàn)化學(xué)

美麗科學(xué)與中國化學(xué)會合作項(xiàng)目重現(xiàn)化學(xué) | 《沉淀V》

發(fā)布時(shí)間:2019年12月05日 來源:中國化學(xué)會

 

△ 《重現(xiàn)化學(xué) | 沉淀V》

 



慢鏡頭下的沉淀

 

高速攝影是指在非常快的時(shí)間內(nèi)拍攝照片的技術(shù)。這種攝影一般有兩種方式,一是照片本身體現(xiàn)出運(yùn)動的靜止?fàn)顟B(tài),二是在高速頻率下拍攝一系列照片。本次使用千眼狼高速攝像機(jī),以3000幀/秒的采集速度拍攝產(chǎn)生沉淀的瞬間,影片中每個(gè)片段的實(shí)際發(fā)生時(shí)間都小于1秒。將高速拍攝的圖片再導(dǎo)成25幀/秒的視頻,相當(dāng)于比正常拍攝放慢了120倍。

 

△ 高速下的碘化鉛沉淀

 

△ 正常速度下的碘化鉛沉淀

 

本次影片從不同角度拍攝了四種沉淀:氯化銀、碘化鉛、鉻酸銀、硫酸鋇。

 

△ 氯化銀沉淀

 

△ 碘化鉛沉淀

 

△ 鉻酸銀沉淀

 

△ 硫酸鋇沉淀

 

在拍攝過程中,我們觀察到了些有趣的現(xiàn)象,比如受溶液濃度等的影響,部分沉淀下落后會上升,最后漂浮在溶液頂部。并且在上升過程中往往會呈現(xiàn)出蘑菇狀,這是由于輕流體(新產(chǎn)生的沉淀)推動重流體(原溶液)引起流體界面不穩(wěn)定,上升的輕流體頭部就會“變鈍”從而發(fā)展成蘑菇狀,這種現(xiàn)象也叫做瑞利-泰勒不穩(wěn)定性。

 

△ 硫酸鋇沉淀

 


 

高速攝影的歷史

 

在高速攝影被實(shí)際應(yīng)用之前,許多藝術(shù)家為了表現(xiàn)疾馳的馬,會采取馬的兩條前腿完全向前伸,兩條后腿向后伸,所有腳離開地面的畫法。但這個(gè)姿勢是科學(xué)的嗎?

 

△ Baronet, 1794

 

為解決馬的四條腿是否能同時(shí)離地的爭議,埃德沃德·邁布里奇被委托捕捉運(yùn)動中馬的照片。1878年,在不斷改進(jìn)和完善攝影技術(shù)后,埃德沃德·邁布里奇用12臺相機(jī)對疾馳的馬進(jìn)行一系列拍攝,證明了馬能四肢離地,但馬腿并不能同時(shí)完全伸展。

 

△ 疾馳的馬,1878年

 

隨著發(fā)展,這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工業(yè)和軍事領(lǐng)域。而高速攝影之父哈羅德·尤金·埃格頓結(jié)合頻閃儀,將目光轉(zhuǎn)向日常生活中更具表現(xiàn)力的拍攝,比如牛奶滴落后濺起的皇冠狀、子彈穿過蘋果的剎那、網(wǎng)球運(yùn)動員擊球的瞬間等等,高速攝影從此得到了更廣泛的關(guān)注。

 

△ (左)牛奶皇冠,1957年;(右)子彈穿過蘋果,1964年

 


 

幕后

美麗科學(xué)團(tuán)隊(duì)最早從2014年開始拍攝沉淀反應(yīng),直到今天的《沉淀V》,可以看出我們對沉淀反應(yīng)的鐘愛。

在不同的視角下,簡單的沉淀反應(yīng)會給人完全不同的視覺感受:《沉淀II》宛如飄雪、繁星和極光;《沉淀III》宛如多彩的綢緞;《沉淀IV》宛如游弋在夜空中的精靈。

雖然拍攝了幾部影片,但一個(gè)問題始終困擾著我們,就是普通相機(jī)無法捕捉到兩種反應(yīng)物溶液相遇的瞬間。感謝富煌君達(dá)提供的千眼狼高速攝像機(jī),這個(gè)問題終于在《沉淀V》中得到了圓滿的解決。

 

攝影:李佳倩

文字:李佳倩 梁琰

技術(shù)支持:王長順 郭昌杰

出品人:梁琰

 

 

重現(xiàn)化學(xué)是美麗科學(xué)和中國化學(xué)會的合作項(xiàng)目,也是2019年度科普中國孵化支持項(xiàng)目。

 

 

 

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