＊羅宏斌吳文源

（南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院 江蘇 211816）

1.引言

化學(xué)是一門基礎(chǔ)自然學(xué)科，專注于研究物質(zhì)的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)、變化及物質(zhì)間的相互作用?；瘜W(xué)與生活息息相關(guān)，它們?nèi)缤豢煞指畹碾p胞胎，使我們的生活充滿了奇跡和便利[1]。但是，在當(dāng)今社會(huì)中，人們?cè)谡劶盎瘜W(xué)時(shí)常常產(chǎn)生一種與危險(xiǎn)和有害相關(guān)的負(fù)面聯(lián)想，表現(xiàn)出對(duì)化學(xué)的排斥心態(tài)。這種心態(tài)部分源自于對(duì)某些化學(xué)物質(zhì)的毒性和危險(xiǎn)性的擔(dān)憂，以及對(duì)化學(xué)反應(yīng)可能引發(fā)的意外和損害的憂慮。然而，我們需要認(rèn)識(shí)到，化學(xué)本身并不是問(wèn)題的根源。化學(xué)是一門基礎(chǔ)科學(xué)，它的目標(biāo)是研究和理解物質(zhì)世界的運(yùn)作機(jī)制?；瘜W(xué)所研究的化學(xué)物質(zhì)本身并不一定有害，而是在特定條件下可能表現(xiàn)出不同的性質(zhì)和行為。

為了克服人們對(duì)化學(xué)的排斥心態(tài)，科學(xué)教育和科學(xué)傳播起著重要的作用。通過(guò)教育，我們可以提高公眾對(duì)化學(xué)科學(xué)的理解，增加對(duì)科學(xué)研究的認(rèn)同感，并促進(jìn)化學(xué)的正確應(yīng)用和合理管理。同時(shí)，科學(xué)傳播可以向公眾傳遞關(guān)于化學(xué)的正面信息和應(yīng)用案例，幫助人們更全面地認(rèn)識(shí)化學(xué)的積極面和對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的重要作用[2-4]?？傊?，盡管人們?cè)谡劶盎瘜W(xué)時(shí)可能存在一些負(fù)面心態(tài)，但化學(xué)本身是一門重要的基礎(chǔ)科學(xué)。通過(guò)科學(xué)知識(shí)和安全措施的應(yīng)用，我們可以合理管理和控制化學(xué)物質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)的潛在危險(xiǎn)性，并將化學(xué)帶來(lái)的益處最大化。加強(qiáng)科學(xué)教育和科學(xué)傳播是消除對(duì)化學(xué)排斥心態(tài)的關(guān)鍵，幫助公眾更好地理解化學(xué)的重要性和積極意義。

2.化學(xué)之美

化學(xué)是一門富有美感的科學(xué)?；瘜W(xué)物質(zhì)的晶體幾何圖形令人驚嘆，當(dāng)許多化合物結(jié)晶時(shí)，它們形成了美麗而有序的晶體結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出精確的幾何形狀和對(duì)稱性。例如，鉆石的結(jié)晶以其六面體的形狀和閃耀的光學(xué)特性而聞名，它們以精確而對(duì)稱的方式排列，散發(fā)出耀眼的光芒。在化學(xué)反應(yīng)中，物質(zhì)之間發(fā)生相互作用和轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生了引人入勝的動(dòng)態(tài)過(guò)程。例如，燃燒反應(yīng)中的火焰舞動(dòng)、色彩變化及火焰的形狀都呈現(xiàn)出一種迷人的流動(dòng)美。此外，化學(xué)物質(zhì)的色彩美也是化學(xué)中引人注目的方面。許多化合物和物質(zhì)因其分子結(jié)構(gòu)的不同而呈現(xiàn)出多樣的色彩。例如，酸性溶液中的酚酞指示劑可以在酸堿中呈現(xiàn)出引人注目的顏色變化，從無(wú)色到粉紅色的轉(zhuǎn)變令人著迷。還有許多有機(jī)染料和熒光劑，它們通過(guò)吸收和發(fā)射特定波長(zhǎng)的光線，展現(xiàn)出鮮艷的顏色，如草莓紅、孔雀藍(lán)和葡萄紫等。通過(guò)欣賞晶體結(jié)構(gòu)的幾何美、化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)美和化學(xué)物質(zhì)的豐富色彩，我們能夠深入感受到化學(xué)世界的多樣性和獨(dú)特性，領(lǐng)略到化學(xué)所帶來(lái)的美與魅力[5-10]。

在本文中，我們采用了一種創(chuàng)新的方法，利用亞鐵氰化鉀與Fe3+、Cu2+、Ni2+離子反應(yīng)制備獲得具有強(qiáng)著色力的絡(luò)合物顯色顏料，選擇亞鐵氰化鉀溶液作為畫布，在溶液中構(gòu)建溶液畫的方式，模擬出迷人的星云圖案。通過(guò)將化學(xué)反應(yīng)與繪畫藝術(shù)相結(jié)合，以一種富有創(chuàng)意的方式向公眾展示了化學(xué)之美。這種互動(dòng)的科普形式能夠減少人們對(duì)化學(xué)的偏見，讓更多人對(duì)化學(xué)產(chǎn)生興趣，并認(rèn)識(shí)到化學(xué)是一門美麗而有趣的學(xué)科。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理

亞鐵氰化鉀（K4[Fe(CN)6]）與過(guò)渡金屬離子反應(yīng)生成不同顏色的難溶絡(luò)合物。本實(shí)驗(yàn)中使用三價(jià)鐵離子（Fe3+）、銅離子（Cu2+）、鎳離子（Ni2+）與亞鐵氰化鉀在水溶液中反應(yīng)，產(chǎn)生多種有色絡(luò)合物，并以其作為顯色顏料，在亞鐵氰化鉀水溶液中構(gòu)筑彩色畫。

4.科普實(shí)驗(yàn)展示

(1)試劑與儀器準(zhǔn)備

亞鐵氰化鉀（K4[Fe(CN)6]）、六水合硫酸鎳銨（Ni(NH4)2(SO4)2·6H2O）、五水硫酸銅（CuSO4·5H2O）均為分析純?cè)噭?gòu)買于麥克林試劑制造有限公司。生銹鐵釘、潔廁靈（超威）、分析電子天平、量筒、滴管、燒杯（100ml 3個(gè)，600ml 1個(gè)）、玻璃棒、亞克力方盤（27cm×21cm×5cm）。本實(shí)驗(yàn)所涉及的試劑均為非危險(xiǎn)品，無(wú)需特殊防護(hù)。

(2)準(zhǔn)備溶液配制

分別稱取約1g六水合硫酸鎳銨、五水硫酸銅，然后加入80ml蒸餾水，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?，配制得到硫酸鎳銨溶液和硫酸銅溶液。潔廁靈的主要成分為鹽酸，將生銹鐵釘置于燒杯中，然后加入80ml潔廁靈，充分?jǐn)嚢柚凌F釘表面呈現(xiàn)銀色，制備得到氯化鐵溶液。稱取約1.5g亞鐵氰化鉀于600ml燒杯中，加入400ml蒸餾水，充分?jǐn)嚢枞芙鈧溆谩?/p>

(3)顯色絡(luò)合物顏料制備

將硫酸鎳銨溶液、硫酸銅溶液或氯化鐵溶液滴加到亞鐵氰化鉀溶液中，可制備得到三種顏色不同的難溶絡(luò)合物（圖1），分別為藍(lán)色Fe4[Fe(CN)6]3、淡綠色Ni2[Fe(CN)6]、紅褐色Cu2[Fe(CN)6]。這三種絡(luò)合物具有明顯的顯色效果，將其作為顯色顏料，用來(lái)繪制彩色圖案或文字（圖2）。

(4)溶液畫展示

將配置好的亞鐵氰化鉀溶液倒入亞克力方盤內(nèi)，再往其中按照需要滴加不同量的硫酸鎳銨溶液、硫酸銅溶液、氯化鐵溶液，并通過(guò)震蕩或定向引導(dǎo)使得沉淀擴(kuò)散，可以繪制出不同的畫面。首先滴加氯化鐵溶液到亞鐵氰化鉀溶液中，生成藍(lán)色Fe4[Fe(CN)6]3絡(luò)合物，使得溶液變藍(lán)；然后，分別在不同位置滴加少量的硫酸鎳銨溶液、硫酸銅溶液，可以繪畫出類似星辰大海的畫面（圖3）。另外，通過(guò)改變?nèi)N溶液的滴加量，使其生成大量的紅褐色Cu2[Fe(CN)6]，以及少量的藍(lán)色Fe4[Fe(CN)6]3和淡綠色Ni2[Fe(CN)6]，得到的三種顯色絡(luò)合物混合在一起，在溶液中形成了類似于宇宙星云的畫面（圖4）。

圖4 宇宙星云溶液畫

圖5 不同人群及其對(duì)應(yīng)科普方案

5.科普活動(dòng)方案

本科普實(shí)驗(yàn)將化學(xué)反應(yīng)與繪畫藝術(shù)結(jié)合，使用無(wú)毒無(wú)害的亞鐵氰化鉀與Fe3+、Cu2+、Ni2+鹽溶液反應(yīng)制備得到Fe4[Fe(CN)6]3、Ni2[Fe(CN)6]、Cu2[Fe(CN)6]三種顯色顏料，以亞鐵氰化鉀溶液作為畫布，在溶液中繪制出類似于星云的溶液畫。

本實(shí)驗(yàn)展示內(nèi)容極具觀賞性，且實(shí)驗(yàn)操作安全性高、互動(dòng)性強(qiáng)，可以針對(duì)不同人群開展科普活動(dòng)，展現(xiàn)化學(xué)之美，減少人們對(duì)化學(xué)的偏見。

科普活動(dòng)需要因材施教，因此我們面向不同人群采取個(gè)性化的科普方案，以更好地傳播化學(xué)知識(shí)和激發(fā)興趣。具體而言，我們將針對(duì)以下四個(gè)群體提供相應(yīng)的科普方案：

（1）小學(xué)生群體：致力于讓小學(xué)生們?cè)谟腥さ沫h(huán)境中體驗(yàn)化學(xué)之美。為此，將采取科普化學(xué)染料知識(shí)的方式，并通過(guò)展示實(shí)驗(yàn)視頻，以生動(dòng)有趣的形式展現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)和顏色變化。例如，可以在實(shí)驗(yàn)中展示各種顏色斑斕的染料與水的交互作用，引發(fā)小學(xué)生們對(duì)顏色和化學(xué)實(shí)驗(yàn)的好奇心，讓他們?cè)诳鞓?lè)的氛圍中學(xué)習(xí)科學(xué)。

（2）中學(xué)生群體：將著重培養(yǎng)中學(xué)生的化學(xué)興趣和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。為此，建議學(xué)校適當(dāng)組織開展溶液畫科普實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，中學(xué)生們將親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)參與化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，可以更深刻地理解化學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)方法。例如，讓中學(xué)生們自己調(diào)配溶液、觀察反應(yīng)，并觀察到顏色變化或產(chǎn)生沉淀，從而在實(shí)踐中感受到化學(xué)的神奇。

（3）大學(xué)生群體：將為大學(xué)生提供更加深入的科普內(nèi)容，使他們?cè)趧?dòng)手操作的同時(shí)，擴(kuò)展對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解。在開展溶液畫實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，將結(jié)合課本知識(shí)，開展有關(guān)絡(luò)合物的系列講座。這樣的講座將深入探討絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用，讓大學(xué)生們從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面全面掌握化學(xué)的知識(shí)。例如，在實(shí)驗(yàn)操作中，引導(dǎo)大學(xué)生探索不同金屬離子與配體的絡(luò)合反應(yīng)，并在講座中解釋其背后的化學(xué)原理。

（4）社會(huì)公眾：將通過(guò)溶液畫科普實(shí)驗(yàn)成果的活動(dòng)展示，向社會(huì)公眾推廣化學(xué)藝術(shù)，并且借此機(jī)會(huì)開展科學(xué)辟謠工作。例如，可以在公共場(chǎng)所舉辦藝術(shù)展覽，展示由科普實(shí)驗(yàn)創(chuàng)作的藝術(shù)品，吸引大眾的關(guān)注。在展覽的同時(shí)，還可以利用活動(dòng)宣講，解答公眾對(duì)化學(xué)問(wèn)題的疑惑，糾正一些常見的科學(xué)誤解，提高公眾對(duì)科學(xué)的認(rèn)知水平。更好地將化學(xué)知識(shí)傳遞給不同的受眾群體，激發(fā)他們對(duì)化學(xué)的興趣，并促進(jìn)化學(xué)知識(shí)的普及和傳播。

6.結(jié)論與展望

本溶液畫科普實(shí)驗(yàn)巧妙地將化學(xué)反應(yīng)與繪畫藝術(shù)結(jié)合起來(lái)。通過(guò)化學(xué)反應(yīng)制備得到絡(luò)合物顯色顏料，成功構(gòu)筑出一系列類似星云的畫面在溶液畫布上，給人帶來(lái)極大的視覺沖擊，充分展示了化學(xué)之美。這種創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)不僅吸引了廣大公眾的注意，還向他們生動(dòng)地呈現(xiàn)了化學(xué)的奇妙魅力。除此之外，借鑒本溶液畫科普實(shí)驗(yàn)的成功經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)更多科普類化學(xué)實(shí)驗(yàn)，以展示化學(xué)的各種美妙魅力。比如，通過(guò)展示化學(xué)物質(zhì)晶體的幾何美，讓人們感受到晶體的規(guī)則排列和迷人的結(jié)構(gòu)之美。再或者展示化學(xué)反應(yīng)的流動(dòng)美，將化學(xué)變化呈現(xiàn)成流動(dòng)的藝術(shù)，讓觀眾親眼見證反應(yīng)過(guò)程中的美輪美奐。這些有趣而有教育意義的科普化學(xué)實(shí)驗(yàn)將吸引更多的人對(duì)化學(xué)產(chǎn)生興趣。透過(guò)實(shí)驗(yàn)，他們將更深入地了解化學(xué)的原理和應(yīng)用，逐漸建立對(duì)化學(xué)的信心與興趣，從而減少對(duì)化學(xué)的偏見。通過(guò)這樣的教育和宣傳，可以為化學(xué)學(xué)科樹立更加正面和深刻的形象，激發(fā)更多年輕人走進(jìn)化學(xué)領(lǐng)域，為科學(xué)事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。