【佳作评介】从神奇百变的艺术角度讲述化学的有趣故事——评《实验室的魔法手册》
中国科普作家协会 李文 2025-07-24 15:03
国际顶级学术期刊《自然》(Nature)曾于2006 年刊登过一篇文章,题目是What’s in a Name(《名字代表什么?》),探讨了关于化学名声的问题。文章指出,化学给公众的印象通常是负面的,提起化学,人们首先想到的是危险和污染,而事实上,化学和数学、物理一样,是一门实用性很强的重要基础学科,人们通过化学这一有力工具推动了文明的进步和社会的发展。通过科普,让大众了解化学的重要性,消除对化学的误解,是十分重要且有意义的。由于化学是一门兼具科学性和实践性的学科,很多专业知识和化学实验被大众所理解和接受还是有一定难度的,因此做到有一定深度的化学科普是不容易的。
这本《实验室的魔法手册》的作者是一位走上了艺术之路的化学学霸,他尝试从生活和艺术的角度来讲述化学,使化学不再仅仅是枯燥的实验,而是散发出色彩、光和热等生动魅力。书中介绍的近70个有趣的化学实验,均来源于作者的亲身实践,他通过高超的摄影技术拍摄了大量彩色图片和视频,再结合文献资料和化学知识,用图文并茂的形式完成了本书的创作。书中一个个实验的展示,就如同在实验室中变魔法一样,体现了化学实验的趣味性和化学知识的重要性。书中对相关知识点、原理和注意事项均进行了详细阐述,对于青少年了解化学知识很有帮助。此外,对于喜欢化学的成年读者来说,这本书也是难得的化学类科普读物。
一、从生活和艺术的角度呈现化学之美
本书主要分为色彩、光、燃烧和电流四大篇章,四部分内容均与我们的生活息息相关。化学和艺术之间最显著的关联就是色彩,因此作者抓住呈现化学之美最直接的特征,从一个多彩的世界开始讲述化学世界里的五彩缤纷。不同物质因其结构不同可呈现出不同的颜色,同一种元素因其价态不同也会表现出较大的颜色差异。书中的彩虹溶液实验,充分展示了不同种类金属离子溶液可呈现出红、黄、绿、蓝、紫等美丽的彩虹色。色彩与化学章节结束后,第二篇章是我们生活中最重要的能量源—光,作者从反应发光和光引发反应的角度,让读者了解了很多有趣的光化学现象。比如在用光作画的实验中,由硝酸铁、草酸、铁氰化钾、气相二氧化硅、表面活性剂混合而成的黏稠糊状混合物成了“颜料”,将其涂在平面上,被光照到的地方就会由绿色变成蓝色,其原理是光照射某些物质会发生反应导致物质的结构发生了变化,进而产生了颜色变化。
发光现象中,涉及的一个重要的化学概念是“氧化”,与之对应的是“还原”。作者在第三篇章中进一步从“氧化”“还原”这两个极端的化学反应中引出了“燃烧”,而“燃烧”是我们人类走向文明的开始。燃烧过程中我们常见的是黄色的火焰,而其实物质燃烧的火焰不一定都是黄色的,比如铁粉和锌粉燃烧时会分别呈现出黄色和蓝色。此外,书中还讲到,我们生活中见到的铁块不能点燃,是因为其与实验用的铁粉与空气接触的表面积不同。作者接下来又通过面粉爆炸和燃烧的钢丝绒实验告诉我们,燃烧不一定需要明火来点燃,静电、摩擦产生的热量, 甚至电池都可以引发燃烧甚至爆炸。基于此,作者总结了物质燃烧的三要素:可燃物、着火点和氧气,使读者对于氧化还原反应和物质燃烧的本质有了更深入的了解。更进一步,通过激烈的燃烧实验铝热反应等, 展示了光与火的盛宴。通过燃烧可以短时间释放巨大的能量,虽然具有一定危险性,但是对于含能材料的发展,以及在航空航天、军事国防等领域的应用具有重要作用。而延迟点火和烟花的水下燃烧实验,让读者打破常识,了解到如何实现“水火相容”和“用冰点火”,同时也让大家意识到,水不是万能的灭火剂,有时候也有可能是帮凶,会让燃烧更猛烈甚至发生爆炸。
最后一个篇章讲到了我们生活中常见的电流。作者选择生活中常见的水果、铝箔、易拉罐搭建了不同类型的原电池,讲述了原电池的原理,如何实现将化学能转化为电能。而后又逆转思路,搭建了将电能转化为化学能的装置,即电解池,该原理可应用于我们生活中的充电。
翻开本书,最醒目的是各种色彩绚丽的照片,仔细阅读,发现很多实验的取材都是来自生活中常见的物品,比如色彩实验中用到了鲜花、紫甘蓝和红酒;光亮实验中用到了照片纸和硬币;燃烧实验中用到的面粉和小熊软糖……这些均是本书将艺术、生活和化学结合的具体体现。
二、多维度阐述将化学实验从平面变为立体
本书所有的实验都是作者亲自实践过的,对每个实验的原理理解是较为深刻的,因此他才能通过自己的编排,将每一个化学实验全面完整地阐述出来。可以发现,书中的任一实验都可以独立阅读,但每个章节的内容编排却不是无序的,作者从贴近生活的化学现象开始,逐步递进到更专业的化学实验。每个新实验都与上一个实验的内容有关联之处, 它们要么涉及同一个重要的物质和反应,要么实验过程更加复杂。比如第一个实验涉及重要的氧化试剂过氧化氢,接下来作者通过单线态氧的红光实验进一步加深大家对过氧化氢作用的了解,又介绍了单线态氧的蓝光实验,环环相扣,最后引入红与蓝双色荧光实验。这样的形式可以带领读者逐步探索,渐渐丰富认知。
对于每个实验的解读,作者使用了实验报告的形式,但内容又不局限于“报告”。作者从多维度将每一个化学实验以立体的方式呈现。对于实验涉及的重要试剂和特征先做出阐释,并详细介绍相关知识点。比如在发光现象的实验章节,先讲解荧光和磷光的区别,使读者对于两种光有了新的认识。然后列出实验用到的试剂和其重要性质,并给出了详细的实验步骤以及重要物质的化学结构式,最后详细解释实验的核心, 包括实验原理、化学反应过程、反应方程式等,使读者对于整个实验过程和原理有了清晰的了解。
除此之外,对于实验涉及的危险之处,专门添加了红色警示框,告知读者该实验存在的潜在危险,比如有些物质是具有毒性或致癌性的, 取用试剂时要格外小心;有些实验会产生有毒气体,需要在通风橱内进行;有些试剂易导致过敏,需要做好防护,避免接触皮肤和黏膜;有些物质易燃或易爆,需要提前采取安全措施。对于实验中涉及的某些重要物质和现象,还会进行补充说明。更难得的是,作者不仅详解了实验过程,有时还会将该实验的原理与生活中的实际应用相联系,比如在讲述双草酸酯经过氧化氢氧化发出彩色荧光的实验时,作者就告诉读者这一实验可以用于制作荧光棒。
通过丰富的图片,具有逻辑性的编排和多维度的讲述,作者构建了一个个立体的化学实验,使读者除了理解实验操作之外,还可以掌握相关的化学知识,了解其在生活中的实际价值。
三、讲好化学故事传播科学知识
科普的意义一方面是传播科学知识,另一方面是为了提高公众对于科学的认知和理解。本书中不仅讲述了一个个魔法实验故事,还穿插了其他重要的化学学科相关知识。在序章部分,作者介绍了一些基本的化学知识,让初学者能够了解基础的化学概念,包括物质的纯度、分子、原子、化学反应等,对于实验室常见的实验器材,包括试管、烧瓶、天平、漏斗等也采用照片配合文字进行了详细介绍。书中还解释了很多重要的知识点,包括光的反射和透射、元素的价态、酸碱指示剂、缓冲溶液、氧化还原反应、化学键的类型等,尤其是纠正了一些人们对于化学知识常见的理解误区。比如提到与化学相关的酸,最熟悉的就是硫酸、硝酸和盐酸,由于这三种酸具有较强的腐蚀性,潜意识里大家会认为酸性就等同于腐蚀性,而事实二者并无必然联系,物质的腐蚀性是相对的,一种物质的腐蚀性要看它的对象是什么。
尤其值得关注的是,书中对于一些物质和化学现象发现的历史,以及推动相关领域发展的科学家进行了介绍,使读者了解到了科学的发展是一个不断发现、更新和进步的过程,而科学家们在此过程中起到了重要的推动作用。
四、结语
尽管书中所介绍的都是有趣的、具有较强的实践性和可操作性的实验,但主要还是以激发读者兴趣为主,大家还是不要轻易在家自己做化学实验。作者也多次强调,很多化学反应还是需要在特殊的环境条件下开展的,而且实验结束,相关废弃物也需要专门的方式进行处理,不然也会造成污染和危险。但也不用惧怕化学实验,只要事先做好准备和防范措施,规范操作,很多危险是完全可以规避的。
化学是认识自然、利用自然、改造自然最有力的工具,本书作为科普读物,主要还是通过专业性趣味实验介绍了一些化学基础知识,让人们对化学现象和实验科学有了更好的认知。当今化学学科的发展日新月异,且与材料科学、生命科学、环境科学相互交叉,衍生出材料化学、生物化学、药物化学、环境化学等多个专业方向,赋予了化学这门基础学科更丰富和更广阔的前景。功能材料的制备,生物过程的认知,自然环境的改造,新能源的开发,很多都是基于化学的原理和过程。总体而言,目前化学类的高质量的科普读物相对稀缺,希望未来能有更多从事化学和相关学科研究工作的专家学者加入科普工作中,让更多人了解化学的发展,怀抱兴趣加入科学研究工作,为自然科学的发展和我们更美好的未来而努力。
作者:
李文,上海大学材料科学与工程学院教授。
来源:《如何为孩子书写科学:第六届、第七届中国科普作家协会优秀科普作品奖获奖图书佳作评介》