重現(xiàn)化學(xué)

美麗科學(xué)與中國(guó)化學(xué)會(huì)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(guó)化學(xué)會(huì)

△ 《重現(xiàn)化學(xué) | 沉淀V》

慢鏡頭下的沉淀

高速攝影是指在非?？斓臅r(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(dòng)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(huì)上升，最后漂浮在溶液頂部。并且在上升過程中往往會(huì)呈現(xiàn)出蘑菇狀，這是由于輕流體（新產(chǎn)生的沉淀）推動(dòng)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(huì)“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(huì)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(shì)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(zhēng)議，埃德沃德·邁布里奇被委托捕捉運(yùn)動(dòng)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(tái)相機(jī)對(duì)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(dòng)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(duì)沉淀反應(yīng)的鐘愛。

在不同的視角下，簡(jiǎn)單的沉淀反應(yīng)會(huì)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(zhǎng)順郭昌杰

出品人：梁琰

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

往期精彩回顧

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