梁琰 “美丽化学”项目负责人 一席第256位讲者
很多媒体也关注美丽化学,美国《赫芬顿邮报》的这句话我觉得很有代表性:这可能会让你疯狂地爱上化学。

我是中国科学技术大学的梁琰,很高兴今天跟大家分享美丽化学的东西,我也是这个项目的项目负责人,也是项目的作者、摄影,加上科学可视化指导。大家看到这个图片是我们新的网站,如果大家之前上过我们现在的网站的话,这是我们马上要更新的新的版本。

我们经常收到的一个问题就是,为什么要做美丽化学的这样一个项目?其实答案很简单,因为化学非常非常美丽。从我个人的经历来讲,我是清华大学化学专业的本科和硕士,然后之后到美国的明尼苏达学了一个材料学的博士,所以,经过这么十多年的学习,我越发觉得化学非常非常的美丽,所以希望把自己对化学的热爱分享给更多的人。

那么如何来展现化学这种美丽呢?我特别喜欢摄影,而且我还特别喜欢在实验室里拍东西,大家看到的这个是在哈佛大学的Markus Greiner的实验室里边,拍摄的是用光学来控制超冷原子的实验装置。

这幅是在中国科学院的金属研究所,在李峰教授的实验室里拍的他生产碳纳米管和测试他们的电池的装置,他们把电池做成一个一个的纽扣电池,然后再在这样的夹子上面批量地进行测试。

所以我在想,我之前没有去拍过化学反应,但我觉得通过特殊的这种摄影的手法去拍摄这些化学反应的话,一定能收到特别好的效果,所以这样就解决了宏观的一个问题,我们来拍摄化学反应。另外呢化学有很多微观的东西,我们怎么呈现这些微观的、拍摄不到的、看不到的东西呢?

我是98年的时候大学入学,那时候第一次接触电脑,当时就迷上了电脑的图形图像的各种各样软件,包括当时的动画啊游戏啊还有影视特效,都跟这些电脑图像非常相关,所以这是我的一个爱好,那一直到博士毕业之后一直在维持这个爱好。毕业之后很有幸到波士顿的一家公司叫做Digizyme,去做了一个科学动画师,去做这些科学可视化方面的工作,之后又成为了一名自由职业者,我自由职业者的工作就是给世界各地的科学家来服务,给他们来做这种既能表现他们科研内容,又能展现他们科研的这种给科研带来一些视觉冲击力的图片,包括这两张是我做的图像,分别发表在《自然》的《光子学》和《自然》的《材料学》的杂志上。

所以这样的话就很确定,我们对于这种看不见的、微观的纳米级别,甚至比纳米级别更小的化学结构,我们可以通过电脑图像的手段来给它展现,下面的话我们来看一看我们怎么来展现这些化学。

这个是所有的中学生在学习化学的时候最头疼的一个东西,就是这些东西都是化学方程式,这些东西是要背的,是很枯燥的,但是我觉得这是看似枯燥的化学方程式,这些都是金属的置换反应是吧,锌置换银,锌置换铜和锌置换铅,这些反应原理其实很简单,但是很枯燥,这个东西看起来的话就是要背,很多人对化学的感觉大概就是这样,要背好多好多的东西:

但是我们来看一看这些方程式背后到底是什么样的一个图像。

这是第一个反应,置换银的反应。在硝酸银溶液中,因为银很重,所以大家看到这个生长出来的银树都在往下走,是因为重力的作用。

这是置换铜的反应:

这是置换铅的反应。在这里大家看到有很多气泡,而且这些气泡不动是因为我们是在一个硅胶里面进行的一个反应,这样硅胶可以支撑这些铅树的重量,所以大家看到这个铅树不会倒下去,跟刚才银不太一样。

我们再看第二段,第二段更简单,就是沉淀反应,在讲离子反应的时候或者讲鉴别离子的时候,经常要做各种各样的沉淀反应,但基本上就是说,拿来一个试管,我滴进去,摇一摇变成浑浊了,可能就是沉淀反应了,但其实在我们的拍摄中,沉淀反应是什么样子的呢,大家来看一看。

硝酸银跟氯化钠生成氯化银的反应:

在我们拍摄之前我们很难想象这些反应大概是个什么样子,所以我们在拍摄的过程其实是发现的一个过程,而且每个反应都有自己独特的个性。

这也是高中或初中经常接触的生成硫酸钡的一个反应,经常要考这两个离子是不是能共存。

这个反应可能高中的时候不多见,这是生成铬酸银的一个反应。

所以大家看,每个反应都有不同的自己的personality,不同的个性。

说到这儿要感谢两位参与这个项目的陶先刚老师跟黄微老师,都是中科大的老师,他们有非常多的这方面教学的经验,使我们在很短的时间内能完成大量的反应,都是这两位老师的贡献。

我们经常也会收到各种各样的问题,你们到底用什么样的装置来拍摄这些东西啊?我们其实用的都是很普通的一些设备,当时因为松下的GH4相机刚刚出来,它是一个非常好的、性价比非常高的、可以拍摄4K视频的相机,所以我们用的是这个相机,我们用的是一个微距镜头,这样的话可以把距离拉得很近,大家感觉放得好大的感觉其实就是一个百微,加上一个国产的也好或者是国外的一个转接环就可以了。

但是拍摄的容器,因为我们拍的大部分都是在溶液里发生的反应,这块还是有一些重要的点要跟大家说一下,平时这样的化学反应,大家可以在网上看到很多视频,基本上要么是在烧杯、试管或者是烧瓶里进行的,那这种圆形的或者是圆柱形的容器的话,因为水在里面,大家可以拿出一瓶,比如说大家现在有矿泉水,拿出来看一看,手放在后面的话手就会变形,它有一个水的折射问题,另外,这种圆形或圆柱形经常会有高光反射,产生一些视觉干扰,所以我们用的是这种比色皿,大家可以理解成微型的这种鱼缸,用这样东西来拍摄的时候,就真正把变形、光影的干扰都给去掉了,所以我们看到的是化学反应本身的东西,这很重要。

另外现在我们也开始在显微镜下拍摄东西。这个实验我们是怎么拍的呢?两个液滴,先滴一个液滴在玻璃板上,然后滴另外一个液滴,当然一个是硝酸银,另外一个是氯化钠,在第二个液滴逐渐扩大的过程中,最后总有一瞬间两个液滴会碰到一起,这样发生沉淀反应。

让我们再看看显微镜下这个反应是什么样子的

+完整演讲稿
美丽化学
#科技 /北京/2015.12.17
很多媒体也关注美丽化学,美国《赫芬顿邮报》的这句话我觉得很有代表性:这可能会让你疯狂地爱上化学。
评论(7)
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181****6382
0 0
化学反应式都是推导出来的
2018/12/08
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BIN
0 0
好棒!
2018/11/16
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苏子沐。
0 0
化学真的很美。
2018/07/26
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130****1947
0 0
是这个玻意耳定律,
2018/06/23
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一席鼓励分享见解、体验和对未来的想象,做有价值的传播。2012年成立于北京,一席现场演讲,目前在北京、上海、广州、杭州、深圳、武汉、香港、台北等城市举办。