闪耀的科学:探索发光的水!

来自科学伙伴的化学挑战

关键概念
化学


荧光
能量
紫外光
 
引言
你有没有想过发光的东西是如何工作的?玩发光的手镯、魔杖和其他玩具会很有趣!你有没有想过可以在家里制作发光的东西?事实证明,这并不难做到——你只需要奎宁水和黑光灯!一些常见的家用化学品也会影响这种饮料的发光效果。在这个活动中,你将使用黑光灯让奎宁水发光,然后你会向水中加入少量漂白剂。添加漂白剂会如何影响奎宁水的发光?尝试这个活动来找出答案!
 
背景
奎宁水是一种碳酸饮料,其中溶解了一种叫做奎宁的化学物质。奎宁是从树皮中提取的,几个世纪以来一直被用作治疗疟疾的药物。奎宁不仅赋予奎宁水独特的苦味(如今,瓶装奎宁水中添加了甜味剂来抵消这种苦味),而且在适当的条件下,这种化学物质也会发出非常强的荧光。
 
在紫外线“黑光灯”下,奎宁水中的奎宁会使水发出明亮、耀眼的蓝色荧光(尽管只有相对少量的奎宁溶解在水中)。一般来说,某种物质会发出荧光是因为它吸收了光能,这使其处于激发态,然后当它返回到正常的未激发状态时,它会释放(或发射)光。我们发现某些在紫外线下发光的东西(如一些矿物、鱼和奎宁水)令人着迷的部分原因是,我们看不到它们吸收的(紫外线)光,但可以看到它们发射的可见光(在奎宁的情况下是蓝色)。
 
材料

  • 奎宁水

  • 透明、塑料、一次性杯子

  • 量杯(可选)

  • 滴管

  • 漂白剂

  • 紫外线“黑光灯”灯泡(这可以在派对用品店或一些五金店购买。)

  • 一个可以变暗的房间

  准备


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  • 在处理漂白剂时,请务必阅读并遵守容器上列出的所有安全注意事项。处理漂白剂时需要成人协助。请勿饮用漂白剂或与漂白剂混合的奎宁水,并注意不要将其沾到皮肤上。

  • 避免直视紫外线“黑光灯”并将其照射到您的皮肤上,因为光线会损害您的眼睛和皮肤。

  步骤

  • 将约一杯奎宁水倒入一个透明的塑料一次性杯子中。

  • 在黑暗的房间里打开紫外线黑光灯并照射杯子。当黑光灯照射到杯子时,杯子里的奎宁水会发生什么变化?

  • 在黑光灯仍然照射着奎宁水杯子的同时,使用滴管小心地向奎宁水中添加两滴漂白剂。小心地将漂白剂与奎宁水混合。当向奎宁水添加漂白剂时会发生什么?当漂白剂与其混合后会发生什么?

  • 如果您没有看到奎宁水发生变化,请尝试添加并混合更多几滴漂白剂。会发生什么?

  • 如果还有剩余,您可以在黑光灯下比较原始瓶子中的奎宁水与混合了漂白剂的奎宁水的发光效果。它们看起来很不一样吗?总的来说,向奎宁水中添加漂白剂如何改变了它在黑光灯下的发光?

  • 额外:如果您用普通水稀释奎宁水,可以使奎宁水的发光亮度降低。在紫外线黑光灯下仍然能明显发光的奎宁水所需(用普通水稀释)的最小量是多少?

  • 额外:漂白剂是一种叫做氧化剂的化学物质。其他常见的家用氧化剂包括过氧化氢和 OxiClean(其中含有过碳酸钠)。当向奎宁水中添加其他氧化剂时,它们对其在紫外线黑光灯下的发光效果与漂白剂相同吗?

  • 额外:您可以尝试用奎宁水代替普通水来制作果冻。用奎宁水制成的果冻在紫外线黑光灯下会发光吗?(提示:尝试用热水但不沸腾的水制作果冻。)

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观察和结果
当您向奎宁水中加入几滴漂白剂时,它是否停止在紫外线黑光灯下发出荧光?
 
您应该清楚地看到,当您将其置于紫外线黑光灯下时(在添加漂白剂之前),奎宁水会发出明亮、耀眼的蓝色。这是因为黑光灯发出的(不可见)紫外线被奎宁水中的奎宁吸收,这会激发奎宁。当奎宁恢复到未激发状态时,它会释放我们看到的可见蓝光。然而,在向奎宁水中添加并混合几滴漂白剂后,它应该停止发光。为什么?漂白剂是一种氧化剂,可以破坏和断裂某些化学键(特别是碳-碳双键)。奎宁正是通过这些化学键吸收紫外线的,因此通过向奎宁水中添加漂白剂,它使奎宁无法再吸收紫外线,因此它不能再发出蓝光。
 
清理
您可以将非常稀释的漂白剂倒入排水沟。彻底清洁所有接触过漂白剂的物品,并冲洗双手。
 
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