小实验点水成冰的原理（点水成冰人造雪花）

作者：黄奔（中国科学院化学研究所）

绘图：飞飞

来源：《知识就是力量》杂志

魔术总是以不可思议的现象引人入胜，魔术的种类有很多。化学类魔术主要利用了物质奇异的化学性质、化学反应中产生的各种有趣现象，达到不可思议、以假乱真的艺术效果，往往给观众以奇妙的体验和震撼的视觉冲击力。下边我们就以几个新奇有趣的化学魔术场景为例，揭示这些神奇魔术背后的化学原理。

神奇的茶水还原术

魔术师泡了一杯清茶，滤出茶叶，随即喝下几口，这是一杯香浓的茶。魔术师要给这杯茶施加魔法，只见他用勺子在里面搅拌了几下，茶水便瞬间变成了墨水一样的蓝黑色；魔术师又用勺子搅拌了几下，杯中的蓝黑色又神奇地消失了，茶水恢复了原来的清新茶色。这是怎么回事呢？

●魔术揭秘●

这里涉及化学中常见的氧化还原反应。魔术师在勺子的下端涂上了绿矾（七水硫酸亚铁FeSO4·7H2O），因茶水中含有单宁酸（鞣酸），第一次搅拌时，单宁酸遇到绿矾中的亚铁离子Fe2 后立刻生成单宁酸亚铁，单宁酸亚铁的性质很不稳定，很快被氧化生成单宁酸铁的络合物而呈现蓝黑色。魔术师同时也在勺子的上端涂上了具备还原性质的草酸(HOOC-COOH)，第二次搅拌的时候勺子浸没到茶杯中更深，三价的铁离子Fe3 遇到了草酸，被还原为二价的亚铁离子Fe2 并生成草酸亚铁沉淀，溶液的蓝黑色便消失了，重新显现出茶水原本的颜色。

点水成冰的制冰人

魔术师拿出一杯清水，告诉观众要把这杯水在室温下凝结成冰。说完将勺子放在水中，神奇的现象发生了，勺子处产生冰晶并不断“长大”，最后整个杯子的水都变成了“冰”。没有经过冷冻，一杯水真的凝固成一块“冰”。

●魔术揭秘●

杯子里装的并不是普通的清水，而是预先准备好的醋酸钠过饱和溶液，醋酸钠又被称作乙酸钠，分子式为CH3COONa，一般以结合3个水分子的水合物形式存在，外观为无色透明或者白色的颗粒。醋酸钠过饱和溶液可以在室温下存在，但是处于不稳定的介稳状态，在外界条件发生扰动时，如遇到振动、摩擦，或者加入凝结核时就会析出晶体。当魔术师将勺子上沾了一些醋酸钠晶体浸入溶液时，就存在了凝结核，溶液里的醋酸钠便在凝结核上开始结晶，新析出的晶体又能作为晶种，因此晶体不断向外延伸生长。由于醋酸钠晶体外观和冰相似，这样就出现了室温下“结冰”的奇观。

如梦似幻的人造雪花

魔术师拿出一个白色纸杯，在众人面前展示。人们看到的空杯子并没有任何异常，魔术师说他能从杯子里变出雪花，说罢取了一些清水倒进空纸杯，晃了几下，随后魔术师从纸杯里抓出了一把把洁白的雪花。不用通过降温，不需要大型的造雪机，水在转瞬间就变成了晶莹漂亮的“雪花”，实在太神奇了。

●魔术揭秘●

当然水是不会自动变成雪花的，魔术的玄机在于纸杯。原来魔术师事先在杯底涂了一层白色粉末：聚丙烯酸钠，它是一种彼此交联成空间网状结构的长链聚合物。当聚丙烯酸钠粉末遇到水时，水分子通过毛细作用及扩散作用进入其中，聚丙烯酸钠随之离解为带正电的Na 和带负电的高分子离子链。由于高分子离子链上的COO-间的静电排斥力，聚丙烯酸钠的结构伸展（或溶胀）开来。而聚丙烯酸钠内外部的Na 离子浓度差形成的渗透压使得水分子进一步渗透进来，形成水凝胶。因此聚丙烯酸钠吸水后体积会膨胀数倍，使得原来的粉末变成片片洁白的“雪花”。

凭空消失的勺子

魔术师端来一杯温水，只见他拿起手边的勺子不断在水杯里搅拌，可是这一次水并没有发生任何颜色或者状态的变化。这时魔术师不再搅拌，把勺子从水中取出，人们惊奇地发现勺子的前端竟然消失了。难道魔术师对这杯水动了什么手脚，把勺子溶解掉了吗？

●魔术揭秘●

勺子消失并不是因为水中添加了不可思议物质，而在于勺子本身，这只勺子虽然也是金属制作的，却不是我们常见的不锈钢或者铝合金，而是一种熔点非常低的奇特金属——镓（Ga）。镓是一种银色金属，在元素周期表中镓位于第31位，和铝是一族的“亲戚”。镓的熔点只有29.8℃，人体体温就能使镓缓缓融化，而在温水里制成勺子的固体镓很快就会融化为液体沉入杯底，给人们以勺子凭空消失的错觉。

用化学元素作为魔术道具，依靠的是物质本身的特异性质。简单的化学元素可以构造出无数种形态万千的物质，组成这缤纷多彩的大千世界。化学可以助力魔术给我们带来奇特的观感体验，更能建立一个真实却又显得奇幻的世界，给我们提供美好的物质和精神生活，这也许就是化学拥有的最大魔法了。

（责任编辑 / 黄盈盈 美术编辑 / 李子夜）