化学揭秘人造溶洞

石笋林立、钟乳多姿的溶洞是大自然鬼斧神工的杰作。我们也都知道，美丽的溶洞并非一朝一夕能形成的，一根小小的石笋，可能需要上千年的时间。但王爷爷却能用很短的时间让这种美丽的景观呈现在我们眼前，一起去看看吧！

来到王爷爷家，只见王爷爷拿出一个里面装有水的大玻璃瓶子放在桌面上，将一个底部打有小孔的塑料瓶底用挂钩架在瓶口内（挂钩淹没在水中），然后向塑料瓶底中分别放进一些白色的、蓝色的、蓝绿色的、大小不一的小石头。奇迹出现了，一些掉入瓶底的小石头慢慢地由下往上长出了“石笋”，而在上面瓶口处也慢慢地悬挂出了“钟乳石”。很快，有的钟乳石就和底部的石笋连起来了，形成了石柱，几分钟后，玻璃瓶中就布满了五颜六色的钟乳石和石柱，真的出现了犹如溶洞的美丽景观，小小的空间里别有洞天。

为什么这些像小石头的物质可以在液体中生长呢？

化学揭秘

其实，王爷爷玻璃瓶中装的不是真正的水，而是一种化学试剂，名叫硅酸钠（磷酸钠也可）。硅酸钠又叫水玻璃，它是一种非常普通的化工原料，可以作黏合剂，也可以作填充剂。硅酸盐中除了锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）、钫（Fr）六种离子与硅酸根（SiO32-）形成的盐能溶于水外，其余金属的硅酸盐都不溶于水，并且大多都能呈现美丽的颜色。在水玻璃溶液中，加入金属盐的晶体时，金属离子可与水玻璃作用生成不溶于水的硅酸盐。

化学小贴士

半透膜：是一种只让某种分子或离子扩散进出，即对不同粒子的通过具有选择性的薄膜。

半透膜在化学中只允许溶液通过，胶体和浊液均不能通过。

这些不溶性的硅酸盐首先在晶粒表面形成一层膜，阻止了金属离子继续与硅酸钠反应。但是形成的这个薄膜具有半透膜的功效，它可以允许水往膜中的晶体中渗透，而其他离子则不能透过去，因而使硅酸钠溶液中的水经半透膜向晶体内渗透。渗透进去的水使晶体溶解，进而使包裹它们的膜膨胀破裂，这样溶解后的金属盐溶液就会流出。流出的盐溶液的表面接触到了硅酸钠后，立刻又与硅酸钠反应生成了不溶性的硅酸盐，又构成半透膜；水又渗透进入，再度破裂，再流出金属盐溶液……。如此这样往复地进行着反应、溶解、破裂……就逐渐地形成了“岩石”。

因此，将金属盐分别放在容器底部的不同位置处，“岩石”就从下往上长，形成了“石笋”；若将金属盐放在容器的顶部（在容器口处放一个有孔的小盖，让水玻璃没过小盖，将金属盐放在小盖上），则“岩石”就会从上往下生长，就形成了“钟乳石”。不断地长高、增长，致使一些遇水溶解较快的可溶性盐，形成的“石笋”和“钟乳石”很快地连接在一起，形成“石柱”生长，结果形成许多线状物。因此在水玻璃溶液中，若加入各种金属盐，可形成各种颜色不同的柱状物，构成美丽的化学溶洞。

资料小卡片

什么叫晶体？

晶体是指一种内部粒子（原子、分子、离子）或粒子基团在空间内按一定规律周期性排列而成的固体。

上面的魔术是利用两种都易溶的物质发生化学反应，生成另一种难溶物。整个反应在溶液环境中进行，观察起来非常方便，而且因为生成的难溶物具有不同的颜色，当我们把几种晶体放入塑料瓶底中，就会有不同颜色的柱状物生成，绚丽多彩，就像自然界溶洞中鬼斧神工的景观一样。你还在等什么，赶快动手试试吧！

魔术的步骤

1．制作塑料瓶底：选一个刚刚能放进烧杯的塑料瓶，在距瓶底2～3cm处剪下，用铁丝在瓶底的沿上扎出三个形成正三角形的洞，并把铁丝的一头固定在塑料小孔中，另一头做成挂钩，用小刀或其他工具在瓶底打孔，孔径约0.2cm，待用。

2．配制5%的磷酸钠溶液放在烧杯中，准备好氯化铁晶体、硫酸镁晶体、氯化铜晶体、明矾晶体。

3．将磷酸钠溶液倒在烧杯内，把塑料瓶底架在烧杯口上，瓶底浸在液体中，将几种晶体放在塑料瓶底中，反应即可进行。