這篇文章我要做一件瘋狂的事情，把這個整整一小時行雲流水的化學展示中的每一個實驗列出來。
我注意皇家研究院的 YouTube 頻道已經很久←說這話的語氣很重要，不小心就會很母湯「嘿嘿嘿嘿~~我注意你很久惹~~」
皇家研究院頻道的超多免費演講中，有兩位講者的化學公眾展示／演講，我個人最喜歡，籌備得很強很有梗，適合闔家觀賞。即使孩童也會被驚奇娛樂到，而即使具備基本知識了也有新啟示（實驗很有主題性）。我喜愛的兩個講者是 Peter Wothers 教授，和本文這影片中的 Chris Bishop 教授。呃，另外有位白髮的 Andrew Szydlo 教授 他喜歡扯嗓子，就比較不喜歡。
難能可貴的是，其實 Bishop 教授本人根本不是化學家。他卻顯然是擅長公開演講的人，迷人的口音有加分，輔以高超的控場力，最重要的他對於化學反應有哲學性的掌握。加以精良籌備的完整程度......種種種種，使這場演講「此曲只應天上有，人間哪得幾回聞」。
演講的主題，雖讀起來有點空泛「化學奇觀：驚奇科學與戲劇性的演示」（Chemical Curiosities: Surprising Science and Dramatic Demonstrations）......有些芭樂。
但他的真正主題很深，藉由展示「每一類林林總總的化學反應」，最後鋪陳出「化學反應 到底是怎麼回事？為何會發生？」
但他的真正主題很深，藉由展示「每一類林林總總的化學反應」，最後鋪陳出「化學反應 到底是怎麼回事？為何會發生？」
Chris Bishop 教授是誰？他本人是英國微軟公司研發總部的主任，所學本科是物理，從物理跨界到人工智能。著作《模式識別與機器學習》 (Pattern Recognition and Machine Learning) 被學術引用超過四萬次。高人！←而且這本書現在他開放所有人免費下載 pdf 電子書惹，真香。
總之，開始條列吧 ＊科宅必勝＊（綁頭巾）以下附上時間碼：
▆ 0:01:20 無色液體倒入無色液體中，一開始出現淡紫色，但整杯倒完居然又變成無色。緊接上述實驗，拋出其實是整場演講的文眼與懸念：【什麼是化學反應？化學反應可以逆轉嗎？】
無色變紫又變無色的秘密是另一種鹼性指示劑百里酚酞（Thymolphthalein），Thyme 就是 Parsley, sage, rosemary, and thyme （歐芹，鼠尾草，迷迭香和百里香）裡的百里香。在酸性呈無色，鹼性呈紫色。左側杯子含有酸性溶液中加入百里酚酞，右側杯子含有鹼。一開始倒的時候，鹼比酸的當量多，百里酚酞呈紫色，但越來越多酸性倒進右杯，鹼性完全被中和，就又恢復無色。
【酸 + 鹼 → 水 + 鹽】，但似乎沒有聽過能把水和鹽分解為酸與鹼的反應？（其實有，但那是需要插電的電解反應）所以化學反應能倒退嗎？
▆ 0:03:55 彩色水化學魔術（酸鹼），一大筒預先用氫氧化鈉鹼化的廣用試劑溶液，表演時在底部加入乾冰。
乾冰是固態二氧化碳，在 -78.5°C 昇華為氣體，在一般大氣壓力之下會跳過液體，之所以叫乾。同時二氧化碳也是酸性的，且易溶於水（形成碳酸）。當乾冰入水，從水吸熱而快速昇華，冒出二氧化碳氣泡，許多立即溶解在水中，使鹼性液體逐漸母湯(x) 酸化(o)，廣用試劑便逐漸變色。
二氧化碳是酸的，這實驗同時彰顯了「全球暖化」必定伴隨著海洋酸化問題的原因。
乾冰是固態二氧化碳，在 -78.5°C 昇華為氣體，在一般大氣壓力之下會跳過液體，之所以叫乾。同時二氧化碳也是酸性的，且易溶於水（形成碳酸）。當乾冰入水，從水吸熱而快速昇華，冒出二氧化碳氣泡，許多立即溶解在水中，使鹼性液體逐漸母湯(x) 酸化(o)，廣用試劑便逐漸變色。
二氧化碳是酸的，這實驗同時彰顯了「全球暖化」必定伴隨著海洋酸化問題的原因。
▆ 0:05:16 化學魔術，氧化還原之【裁判！顏色可以這樣變了又變的嗎？】
首先在球形燒瓶中無色的溶液，只要用力搖晃就會變成藍色。另一瓶中的黃色液體，輕輕搖晃變紅，更用力搖會變黃、再變綠。
最神奇的，搖晃後靜置幾分鐘，剛才的變色逆轉，綠色變回紅→黃色。藍色則褪成無色。這個擺盪不定的過程可以一直玩，一直玩好幾次。
首先在球形燒瓶中無色的溶液，只要用力搖晃就會變成藍色。另一瓶中的黃色液體，輕輕搖晃變紅，更用力搖會變黃、再變綠。
最神奇的，搖晃後靜置幾分鐘，剛才的變色逆轉，綠色變回紅→黃色。藍色則褪成無色。這個擺盪不定的過程可以一直玩，一直玩好幾次。
秘密是空氣。有機商人喜歡說他們的農產品不含化學物，但空氣本身就是化學物，還蠻複雜的，除了主要的氮與氧還有氬、氪、二氧化碳與水氣等。在這個實驗中起作用的是占 21% 的氧氣。
這次燒瓶中加的指示劑不是酸鹼指示劑了，而是【氧化還原指示劑】。變藍的瓶子中含有甲基藍（methylene blue）染料，混合了葡萄糖。當用力搖晃時，空氣中的氧氣把甲基藍氧化，讓它的分子結構改變成另一種形狀，顯現為藍色。溶液中的葡萄糖在此兼任還原劑，過一會兒就把氧化的甲基藍「還原」，變回無色的分子。
遭到氧化會從黃變紅變綠的染料則是「靛藍胭脂紅」（Indigo carmine）這種名字充滿矛盾的染料，一樣是由葡萄糖這種「還原糖（醛糖）」負責逆轉氧化狀態。
遭到氧化會從黃變紅變綠的染料則是「靛藍胭脂紅」（Indigo carmine）這種名字充滿矛盾的染料，一樣是由葡萄糖這種「還原糖（醛糖）」負責逆轉氧化狀態。
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| 靛藍胭脂紅染料/指示劑：出處與更多說明見此 |
這是【碘鐘（Iodine clock）反應】，準備簡單，效果驚人。一開始劇烈攪拌的溶液含有碘化鉀、澱粉和硫代硫酸鈉。加入的是酸性的過氧化氫溶液。過氧化氫是氧化劑，硫代硫酸鈉是強還原劑。兩者開始一場爭奪碘離子身上的電子的遊戲：碘離子帶有一個多的電子，氧化劑喜歡把它搶走，還原劑喜歡把自己的電子送人。
於是過氧化氫開始氧化碘離子，生成分子碘（I₂）繼而生成三碘離子（I⁻+I₂→I₃⁻）。三碘離子和澱粉會形成深藍黑色的複合物，是長鏈狀的澱粉綑綁著三碘離子的特殊結構。
戲劇性的瞬間變色效果的成因是，過氧化氫氧化碘離子的速度慢，但硫代硫酸根的將碘還原速度超快，於是，碘一直是剛被搶走電子就又被塞一顆這樣無奈的狀態......直到硫代硫酸根用盡（快樂王子般的角色：一味貢獻電子給別人QQ），就沒人阻撓過量的過氧化氫了，深藍色的「澱粉三碘離子複合體」的深藍黑色終於跑出來。
於是過氧化氫開始氧化碘離子，生成分子碘（I₂）繼而生成三碘離子（I⁻+I₂→I₃⁻）。三碘離子和澱粉會形成深藍黑色的複合物，是長鏈狀的澱粉綑綁著三碘離子的特殊結構。
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| 螺旋型的 amylose-triiodine complex [source] |
大學化學用這個實驗來寫報告(x) 探討化學反應機構、濃度與溫度對反應速率的影響，以及 log-log 圖的妙用等等。按下不表。
▆ 0:09:40 三杯碘鐘 ←決不是叫這個名字XD 這次有三杯無色液體混合。混合完成後立刻變成一種曖昧的橘色，接著再迅速變黑。
碘鐘有各種變體，總而言之就是利用各種中間反應阻撓三碘與澱粉變黑的命運。因為這實驗教授他完全沒說明，害我大囧。但讚嘆 YouTube 神通廣大，我找到了一個影片說明這個變體：【萬聖節碘鐘（Halloween iodine clock）】以及它的維基百科。既然原演講中沒有講解，我也就不多嘴惹。
簡單來講.....咦還是多嘴了XD 萬聖節變種是基於碘酸鹽+亞硫酸還原的碘鐘。但作為中途的阻撓，加入了不太妙的二價汞鹽。碘化汞(II) 是一種可疑的橘紅色固體。如果各位家裡有古董版急救包，裡面含汞的紅藥水和碘酒互相混合就會產生這種顏色。
汞離子和碘離子的溶度積超小，白話文是超級難溶解、會迅速沉澱，在汞耗盡之前基本上溶液裡不會有碘離子。當汞耗盡，碘離子 + 碘酸鹽 → 三碘離子 黑化的宿命才終於完成。
▆ 0:10:12 進入新的章節，展示「會使物質的狀態改變」（相變）的化學反應。首先是兩杯液體小心的倒在一杯，但上下分層，在兩頁體交界處開始持續形成固體。這個反應的產物是【尼龍纖維】，兩杯分別是己二酸和己二胺，會以醯胺鍵／肽鍵（amide / peptide bond）串在一起，是種高分子聚合反應，白話文是分子手牽手串成長鏈子。
▆ 0:12:24 出現了可愛的正太，以及非常經典的【銀鏡反應】。用過量氨水溶解硝酸銀，得到無色的二氨銀溶液（多侖試劑），化學上可以用來測試有機物是否含有可以被氧化的「官能基」，白話文是分子配件。但更常是被拿來製造鍍銀的玻璃鏡面→所以才叫銀鏡反應囉。
這裡再次請出還原糖葡萄糖，遇到二氨銀，葡萄糖（醛）被氧化成葡萄糖酸，銀離子則被還原成金屬銀，黏在玻璃表面。
▆ 0:16:25 【熱冰實驗】過飽和醋酸鈉，在有「晶種」的催化之下可以迅速的結晶。
▆ 0:17:27 延伸說明，「熱冰」形成的過程會放熱，可以用來做可重複使用的暖暖包。
在於，加熱可以大大提升醋酸鈉在水中的溶解度，加熱後再冷卻可使暖暖包處在一個「亞穩定」（metastable）的狀態，也就是過飽和。這時反覆彎曲包裝內的金屬片，產生裂紋或微小斷片的金屬作為晶種，讓醋酸鈉快速結晶，並放出一些熱量暖手。
▆ 0:18:40 【碳蛇】之術(x) 反應(o) 。
在固體「對硝基苯胺」（p-nitroaniline）結晶中加入幾滴濃硫酸，加熱到晶體熔化，並開始沸騰的程度，混合物會迅速變黑並開始沸騰冒煙，燒杯中一瞬間沖出一條漆黑的猥褻物。本反應中，硫酸的強脫水性，強制讓對硝基苯胺分子之間兩兩脫水，接在一起。產物是串在一起的碳碳碳...碳碳碳（無定型固態碳）。
對硝基苯胺這招，與「法老之蛇」實驗和「小蘇打糖蛇炮」相似之處在於產物都是固體的無定型碳黑。但是，對硝基苯胺這招是會在一瞬間噴發（水蒸汽與氮氣）帶起一根矗立的旋風阿姆斯特朗之黑蛇，戲劇效果十足。
做完這招稍做休息，Bishop教授繼續在與觀眾灌輸懸念：
【除了剛才看到的變色和改變狀態，化學反應還可以有哪些效果？
化學反應可以逆轉嗎？ 化學反應一開始究竟為什麼會發生？】
▆ 0:20:33 整場最簡單的實驗。氫氣球在空氣中點火燃燒。
▆ 0:21:08 在振奮觀眾全心全意的許願之下，助手先生持承載大眾歡笑的巨大紅色氫氣球進場float with me，點火、華麗地爆開成一球紅色的火焰。
教授解說，燃燒釋放熱量+發光+聲波（砰）等不同形式的能量，現場大家都有感受到。這反應的發生可以想成，氣球中的純氫氣與空氣中 21% 的氧氣，原本總體承載著稍微高的能量，燃燒發生時，氫與氧原子重排成水蒸氣，整體含有較少的能量，但世界上的能量總額守恆，於是從高到低的能量差額，就以聲、光與熱放出。
如果所有的化學反應都像這樣，如同球從山上滾到山下，那麼似乎就沒有可能使相反的反應（自動）發生了？抱持這個懸念，繼續示範。
＊這裡我要自作主張補充兩件事，一個是安全須知，一個是迷思驅除：
1. 「引爆（detonation）與爆燃（deflagration）」的不同
影片中的氣球雖然有爆破聲也有火焰，但其實並不是爆炸，而只是氫氣的擴散燃燒（砰一聲幾乎肯定來自氣球的壓力）。這要從反應速度看，燃燒學中，引爆（detonation） 的定義很嚴格，是化學反應速度超過材料中的音速，音速是爆破的機械能量傳遞的最快速度，因此超過音速的引爆會使得化學物的能量不及分散，全部集中於一個時間點釋放出來，和主角的捨身大絕招一樣，最為危險也具有破壞力。
這個區別在 Chris Bishop 教授後來另一場有趣／危險得多的演講：《火箭與爆破的科學》(2014) 有提到，但在這場不是重點就略過了。
炸藥王諾貝爾就發現了這個區別：化學反應的速度正比於溫度，而釋放出的能量在炸藥中的傳遞速度取決於溫度與壓力，所以讓炸藥的能量能一次引爆，破壞力暴增的關鍵就是把炸藥裝在堅固的密閉小空間裡。當反應開始，高溫高壓被拘束住，導致反應加速，加速釋放更多能量，能量又加速反應......形成正回饋，反應速度指數飆升，便能達到「集中所有能量於一點」的效果。
爆燃（deflagration）常發生在沒被拘束的化學反應——不是鞭炮而是仙女棒，放出的能量雖然肉眼來看也挺快的，但始終並不超過音速。如同一開始氣球破掉後，開始與空氣混合並快速燃燒的氫氣。
這個實驗中兩個氣球裡裝的都是純氫氣，需要一小段時間與空氣混合才能完全反應，比較安全。另一種則超危險，不可能在滿是人的演講廳中示範的爆炸，只要把這裡的純氫氣換成 氫氧 2:1 體積混合氣，氫氧混合氣的點燃會是超音速的引爆。[這兒有 一個優異的高速攝影比較影片，可以注意到，氫氧氣球引爆時，在氣體的範圍幾乎沒擴散開時火焰就吞噬了整個球型體積，因為氣體擴散的速度約等於音速]
2. 「氫氣的火焰是無色的」迷思
在 Periodic Video 系列中有一個有趣的橋段是 Poliakoff 教授看到氫氣球爆開後，立刻產生了一個疑惑：「我們用的氫氣是不是被汙染了，不純？不然那個火怎麼會是紅色的？」
我看到的第一個疑惑也一樣，有點感到榮幸嘿。因為「氫氣的火焰發光中，光波分別是強烈的紫外線和紅外線，沒有多少可見光，所以眼睛幾乎看不到」幾乎成了一種化學野史、專家與非專家的共識。例如用本生燈燃燒氫氣，只有淡淡的、幾乎透明的藍色火焰。近代環保氫能崛起，更產生了「必須設法預防滲漏的氫氣起火，但高溫的氫氧火焰卻肉眼不可見所造成的危險」的研究。
但氫氣火焰真的是完全不可見嗎？錯惹。真的這是迷思。氫火焰會發出強紫外線的理由是燃燒「中間步驟」的化學發光（chemiluminescence），中間步驟是指一些不穩定的自由基重新組合的過程，會發出紫外線的是氣態氫氧自由基（‧OH）。
但是我們不是看過很多次 NASA 火箭發射，其中阿波羅任務用的發射系統農神五號火箭，和後來發射太空梭用的 SLS 系統用的都是液氫+液氧推動的——那個火焰明顯不是透明的，而是有紅有藍。這些總不會都是污染？
當然不是XD 原來，紅色的光譜來自於燃燒的最終產物水，水分子的震盪與旋轉產生的光譜（類似拉曼光譜）貢獻了氫氧火焰的紅色可見光部分。而藍色的部分......我剛確認了，到目前 (2019) 都還是一個 科學未解之謎。關於這段 blue continuum 兩個主要理論是 ‧OH + ‧OH → H₂O₂ 相關的發光，或者 ‧OH+ H → H₂O 的發光。
▆ 0:24:51 把 -196°C 的液態氮倒進一盆溫水裡。溫水的熱量使液態氦沸騰，膨脹，過程中挾帶很多水的微小液滴，形成不透明的白霧。教授：「這實驗完全沒重點，只是好玩。」（眾笑）
汞離子和碘離子的溶度積超小，白話文是超級難溶解、會迅速沉澱，在汞耗盡之前基本上溶液裡不會有碘離子。當汞耗盡，碘離子 + 碘酸鹽 → 三碘離子 黑化的宿命才終於完成。
▆ 0:10:12 進入新的章節，展示「會使物質的狀態改變」（相變）的化學反應。首先是兩杯液體小心的倒在一杯，但上下分層，在兩頁體交界處開始持續形成固體。這個反應的產物是【尼龍纖維】，兩杯分別是己二酸和己二胺，會以醯胺鍵／肽鍵（amide / peptide bond）串在一起，是種高分子聚合反應，白話文是分子手牽手串成長鏈子。
▆ 0:12:24 出現了可愛的正太，以及非常經典的【銀鏡反應】。用過量氨水溶解硝酸銀，得到無色的二氨銀溶液（多侖試劑），化學上可以用來測試有機物是否含有可以被氧化的「官能基」，白話文是分子配件。但更常是被拿來製造鍍銀的玻璃鏡面→所以才叫銀鏡反應囉。
這裡再次請出還原糖葡萄糖，遇到二氨銀，葡萄糖（醛）被氧化成葡萄糖酸，銀離子則被還原成金屬銀，黏在玻璃表面。
▆ 0:16:25 【熱冰實驗】過飽和醋酸鈉，在有「晶種」的催化之下可以迅速的結晶。
▆ 0:17:27 延伸說明，「熱冰」形成的過程會放熱，可以用來做可重複使用的暖暖包。
在於，加熱可以大大提升醋酸鈉在水中的溶解度，加熱後再冷卻可使暖暖包處在一個「亞穩定」（metastable）的狀態，也就是過飽和。這時反覆彎曲包裝內的金屬片，產生裂紋或微小斷片的金屬作為晶種，讓醋酸鈉快速結晶，並放出一些熱量暖手。
▆ 0:18:40 【碳蛇】之術(x) 反應(o) 。
在固體「對硝基苯胺」（p-nitroaniline）結晶中加入幾滴濃硫酸，加熱到晶體熔化，並開始沸騰的程度，混合物會迅速變黑並開始沸騰冒煙，燒杯中一瞬間沖出一條漆黑的猥褻物。本反應中，硫酸的強脫水性，強制讓對硝基苯胺分子之間兩兩脫水，接在一起。產物是串在一起的碳碳碳...碳碳碳（無定型固態碳）。
對硝基苯胺這招，與「法老之蛇」實驗和「小蘇打糖蛇炮」相似之處在於產物都是固體的無定型碳黑。但是，對硝基苯胺這招是會在一瞬間噴發（水蒸汽與氮氣）帶起一根矗立的旋風阿姆斯特朗之黑蛇，戲劇效果十足。
做完這招稍做休息，Bishop教授繼續在與觀眾灌輸懸念：
【除了剛才看到的變色和改變狀態，化學反應還可以有哪些效果？
化學反應可以逆轉嗎？ 化學反應一開始究竟為什麼會發生？】
▆ 0:20:33 整場最簡單的實驗。氫氣球在空氣中點火燃燒。
▆ 0:21:08 在振奮觀眾全心全意的許願之下，助手先生持承載大眾歡笑的巨大紅色氫氣球進場
教授解說，燃燒釋放熱量+發光+聲波（砰）等不同形式的能量，現場大家都有感受到。這反應的發生可以想成，氣球中的純氫氣與空氣中 21% 的氧氣，原本總體承載著稍微高的能量，燃燒發生時，氫與氧原子重排成水蒸氣，整體含有較少的能量，但世界上的能量總額守恆，於是從高到低的能量差額，就以聲、光與熱放出。
如果所有的化學反應都像這樣，如同球從山上滾到山下，那麼似乎就沒有可能使相反的反應（自動）發生了？抱持這個懸念，繼續示範。
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| 西西弗斯的化學寓言 |
1. 「引爆（detonation）與爆燃（deflagration）」的不同
影片中的氣球雖然有爆破聲也有火焰，但其實並不是爆炸，而只是氫氣的擴散燃燒（砰一聲幾乎肯定來自氣球的壓力）。這要從反應速度看，燃燒學中，引爆（detonation） 的定義很嚴格，是化學反應速度超過材料中的音速，音速是爆破的機械能量傳遞的最快速度，因此超過音速的引爆會使得化學物的能量不及分散，全部集中於一個時間點釋放出來，和主角的捨身大絕招一樣，最為危險也具有破壞力。
這個區別在 Chris Bishop 教授後來另一場有趣／危險得多的演講：《火箭與爆破的科學》(2014) 有提到，但在這場不是重點就略過了。
炸藥王諾貝爾就發現了這個區別：化學反應的速度正比於溫度，而釋放出的能量在炸藥中的傳遞速度取決於溫度與壓力，所以讓炸藥的能量能一次引爆，破壞力暴增的關鍵就是把炸藥裝在堅固的密閉小空間裡。當反應開始，高溫高壓被拘束住，導致反應加速，加速釋放更多能量，能量又加速反應......形成正回饋，反應速度指數飆升，便能達到「集中所有能量於一點」的效果。
爆燃（deflagration）常發生在沒被拘束的化學反應——不是鞭炮而是仙女棒，放出的能量雖然肉眼來看也挺快的，但始終並不超過音速。如同一開始氣球破掉後，開始與空氣混合並快速燃燒的氫氣。
這個實驗中兩個氣球裡裝的都是純氫氣，需要一小段時間與空氣混合才能完全反應，比較安全。另一種則超危險，不可能在滿是人的演講廳中示範的爆炸，只要把這裡的純氫氣換成 氫氧 2:1 體積混合氣，氫氧混合氣的點燃會是超音速的引爆。[這兒有 一個優異的高速攝影比較影片，可以注意到，氫氧氣球引爆時，在氣體的範圍幾乎沒擴散開時火焰就吞噬了整個球型體積，因為氣體擴散的速度約等於音速]
2. 「氫氣的火焰是無色的」迷思
在 Periodic Video 系列中有一個有趣的橋段是 Poliakoff 教授看到氫氣球爆開後，立刻產生了一個疑惑：「我們用的氫氣是不是被汙染了，不純？不然那個火怎麼會是紅色的？」
我看到的第一個疑惑也一樣，有點感到榮幸嘿。因為「氫氣的火焰發光中，光波分別是強烈的紫外線和紅外線，沒有多少可見光，所以眼睛幾乎看不到」幾乎成了一種化學野史、專家與非專家的共識。例如用本生燈燃燒氫氣，只有淡淡的、幾乎透明的藍色火焰。近代環保氫能崛起，更產生了「必須設法預防滲漏的氫氣起火，但高溫的氫氧火焰卻肉眼不可見所造成的危險」的研究。
但氫氣火焰真的是完全不可見嗎？錯惹。真的這是迷思。氫火焰會發出強紫外線的理由是燃燒「中間步驟」的化學發光（chemiluminescence），中間步驟是指一些不穩定的自由基重新組合的過程，會發出紫外線的是氣態氫氧自由基（‧OH）。
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| 氫火焰是無色的才怪 ;p |
當然不是XD 原來，紅色的光譜來自於燃燒的最終產物水，水分子的震盪與旋轉產生的光譜（類似拉曼光譜）貢獻了氫氧火焰的紅色可見光部分。而藍色的部分......我剛確認了，到目前 (2019) 都還是一個 科學未解之謎。關於這段 blue continuum 兩個主要理論是 ‧OH + ‧OH → H₂O₂ 相關的發光，或者 ‧OH+ H → H₂O 的發光。
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| Schefer, Robert W., et al. "Visible emission of hydrogen flames." Combustion and flame 156.6 (2009): 1234-1241. [ DOI: 10.1016/j.combustflame.2009.01.011 ] |
▆ 0:25:37 將氧氣鋼瓶通過浸泡在液態氮的低溫銅管，製造液態氧。液態氧是淡藍色的。將液態氧倒進球形大玻璃罐，用力搖晃，液氧沸騰轉為氧氣，填充整個罐子。（教授：其實我們可以不用這麼麻煩，可以用鋼瓶直接充，但這樣比較好玩 [眾笑]）。
▆ 0:27:22 【白磷太陽實驗】（phosphorus sun）
教授從小瓶中拿出一塊白磷。白磷是元素磷的兩種主要同素異形體（allotrope）之一，可以想像成原子結晶成分子的方式不同，猶如石墨和鑽石的例子般產生的不同——另外一種同素異形體是紅磷。
白磷非常活躍，會在空氣中自燃，因此需要保管在水中。用彎成Ｌ形的金屬勺子承載白磷，放在剛剛已做成純氧的玻璃瓶中，這過程中白磷已經在微微冒煙，隨時都會燒起來。為了效果，用燒紅的玻璃棒接觸瓶中的白磷點燃。冒出燦爛的白光。磷元素（phosphor）的名字是 「光的攜帶者」的意思。
玻璃罐旁邊由管子通到一盆水中，看似產生很多氣體從管子衝出來，但其實白磷燃燒應該只產生固體的十氧化四磷（P₄O₁₀），反倒應該消耗氧氣，把水倒吸回瓶子裡才對！這其實是因為燃燒放出能量，加熱瓶中的氧氣，密閉瓶中氣體膨脹才被擠出。通過水的用意是讓十氧化四磷（＝磷酸酐＝脫水的磷酸）和水反應生成磷酸。不然這玩意被觀眾呼吸進去，就會在肺裡面形成磷酸，就慘了。
順帶一提，白磷超級毒，比柯南的最愛氰化鉀更毒，實驗室的管控得非常嚴格才行。
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| 白磷 P₄ 的結構示意圖 |
▆ 0:29:19 【看試管學狗叫】一起汪汪汪汪汪（barking dog）實驗
長試管中預先充滿無色的一氧化氮氣體，實驗者滴進一些澄清的二硫化碳液體，讓液體在試管兩端轉一轉，二硫化碳逐漸揮發，與一氧化氮混合。
然後點火，一瞬間青藍色火焰猛烈的從管口向下衝，發出由尖到低沉的呼嘯聲。這實驗被發明至少一百六十幾年了，持續地受觀眾歡迎。
▆ 0:30:40 魔術化學【著火卻不燃的紙鈔】
將 50 英磅大鈔浸泡到透明液體中，點火，著火，火熄了紙鈔毫髮無傷。那個神祕液體是 50 度的酒，酒精與水 1:1 混合。酒精著火的同時，水吸收大量的熱能，並將溫度控制在紙鈔的燃點之下。
▆ 0:31:50 滅火器有三類，適用於不同火源的火災。有時候用錯種類反而會讓火勢更糟糕。英國有種灌了加壓空氣的清水滅火器，在台灣就很不常見。有沒有哪種火災絕對不能用水灑呢？
▆ 0:33:45 出現了小蘿莉。她用殺手般的精確度將水槍射中了裝有奇怪粉末的金屬盤，引發一陣白色亮光。
原來盤中的粉末是鎂粉和硝酸銀，本來是固體的兩者共處也不起反應，但一點點水溶解硝酸銀，使一價銀離子能自由地去「襲擊」鎂金屬，搶走一顆電子，變回金屬銀（銀非常想要做自己），這「氧化還原反應」產生的熱隨即引燃了整盤鎂粉，在空氣中燃燒並產生白光。
▆ 0:34:24 二氧化碳滅火器。在鋼瓶中的高壓（約100大氣壓）會使二氧化碳保持在液態。因此拉拉壓，拉插銷、拉噴嘴、壓下把手就會釋放出高壓的氣態二氧化碳。
其中變冷、水霧凝結是副作用，而傳統綜藝節目都會說這叫「噴乾冰」，現在我們知道這不貼切，因為在瓶中的確實是「濕」的二氧化碳。如果用二氧化碳滅火器對著布袋噴，液態二氧化碳將會降壓，才會形成固態的乾冰。
另外如果把鋼瓶加熱到 31.04 °C 以上，二氧化碳會從液態轉為「超臨界態」。超臨界態二氧化碳有很多工業用途，兼具氣體和液體的一些性質，是個好物。二氧化碳的三相變化和水很不一樣。
另外如果把鋼瓶加熱到 31.04 °C 以上，二氧化碳會從液態轉為「超臨界態」。超臨界態二氧化碳有很多工業用途，兼具氣體和液體的一些性質，是個好物。二氧化碳的三相變化和水很不一樣。
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| 二氧化碳的相圖，1 atm ≒ 1.013 bar |
二氧化碳之所以能滅火，可以想成它是所有含碳物在氧氣中燒到不能再燒的最終產物，所以，當空氣中助燃的氧氣被毫無作用、只是個渣的二氧化碳排開的時候火就熄了。
▆ 0:35:45 但是，在兩塊乾冰中間夾顆粒狀的金屬鎂，並點火。火不只沒被遇熱氣化的二氧化碳撲滅，完全無視二氧化碳，繼續燃燒。
燃燒產生白煙，那是微小的固態氧化鎂顆粒飛散在空氣中，強鹼性，千萬不要吸進鼻子。雖然氧化鎂 MgO 是胃酸制酸錠的常見原料，並不太危險。
火能繼續燒是因為鎂金屬足夠活潑，能硬生生從二氧化碳分子身上把氧剝下來給自己用，過程中留碳孤伶伶的自己單身在那邊黑。NTR 簡直不道德啊。 2Mg+CO₂ → 2MgO + C。
火能繼續燒是因為鎂金屬足夠活潑，能硬生生從二氧化碳分子身上把氧剝下來給自己用，過程中留碳孤伶伶的自己單身在那邊黑。NTR 簡直不道德啊。 2Mg+CO₂ → 2MgO + C。
▆ 0:37:15 乾粉滅火器，傳統的乾粉滅火器是小蘇打（碳酸氫鈉），滅火原理是被噴到火堆中的碳酸氫鈉分解為碳酸鈉，水和二氧化碳。由後者奪取火源的熱量（水吸熱）與氧氣（二氧化碳體積排擠氧氣）。
那麼，有乾粉也無法撲滅的火嗎？
▆ 0:38:00 宋代中國之光：黑火藥。由黑炭粉、硫磺、硝石（硝酸鉀）三種固體粉末混合。硝酸鉀受熱放出氧氣，是一種強氧化劑。炭粉是燃料。硫磺的存在是為了催化。因為黑火藥的原料都是固體，化學反應起來不相接觸，效果會很差。硫磺一受熱就變成液體，讓燃料和氧化劑更好的交融在一起，起到加速的效果。
順帶離題，硝石的英文是 saltpeter，這個 peter 彼得是在紀念誰呀？其實這是誤會，是崩壞的古文字，原本是希臘文 petra 石頭之意，因此不是「鹽彼得」，而是「石頭中的鹽」。
▆ 0:39:18 如果用和滅火器乾粉類似的碳酸鉀（KNO₃）代替黑火藥中的碳粉，想一下，這可是用可以滅火的東西代替了燃料喔。所得到的混合物被人稱為「煙火黃粉」（pyrotechnic yellow powder）。將黑火藥和黃粉分別在兩個酒精燈上加熱，熱度將會熔化黃粉、點燃黑火藥......
▆ 0:40:20 黃粉砰一聲爆炸，接著 0:40:25 黑火藥快速燃燒。這裡只有加了碳酸鉀的黃粉產生的是引爆，黑火藥只是爆燃（還記得兩者差別在反應速度齁。黑火藥沒有被拘束在小容器，故比較遜）。
對於到底為啥黃粉會爆炸，目前還沒有人知道 ← 真的，和剛剛說的氫火焰是藍色的原因一樣，還沒有人確切地知道。進擊吧！科學家。
▆ 0:40:55 來了來了，重頭戲終於來了。化學振盪反應（oscillating reactions）。
當 Bishop 教授反覆的問「化學反應能不能回頭？」的時候，身為一個科宅就當然會想到異常複雜、異常酷炫，並很有啟發意義的一個歷史性實驗：Belousov-Zhabotinsky 別洛索夫-扎鮑廷斯基反應。
因為沒有人記得住這兩位俄國人的名字，史簡稱 B-Z 反應。我不膽敢解釋這種 Boss 級的、至今也沒人敢說完全懂了（但已有很好的模型）的複雜反應，因此請參考維基百科、和國內外無數科展的成果報告。
B-Z反應最炫的除了會振盪之外，當不主動施與攪拌時，化學反應物只能透過分子的擴散（由熱運動與濃度差異驅動）彼此相遇，會形成行進波反應（chemical traveling waves）。白話文是和活著的東西異常相似。
想到當初別洛索夫先生正是想研究生物體內的化學反應：檸檬酸循環。才開啟了振盪反應之門。這樣的巧合實在很合適。
B-Z反應和碘鐘反應類似是有很多版本的配方，這場演講中用的配方應該是與這個影片相同。有放丙二酸、溴化鉀、溴酸鉀、三/四價鈰離子、試亞鐵靈（ferroin, 一種氧化還原指示劑）。
▆ 0:44:30 另一種振盪反應，特別的是這個稱為 Briggs-Rauscher 布里格-勞雪反應其實是兩個高中化學老師發明的。他們在準備剛剛做過的「碘鐘反應」的課堂示範的過程中，讀到 B-Z 反應的論文，靈機一動，就把 B-Z 反應 **魔改** 成更炫炮版的振盪型碘鐘了。
其中，B-Z 的溴酸鹽換成碘酸鹽，溴離子換成碘離子，鈰離子換成錳離子，氧化還原指示劑換成澱粉。Ta-Da! 從此 B-R 反應就與 B-Z 反應相輝映。有沒有很簡單呢？
▆ 0:46:10 化學反應不一定是像石頭從山上滾到山下，也就是說也存在自發吸熱的反應，並不是所有反應都是放熱的。
用到的示範是【凍結的燒杯】實驗，將氫氧化鋇（Ba(OH)₂, 強鹼）和 氯化銨（NH₄Cl） 的固體鹽，放在燒杯中混合，燒杯底部墊一塊木塊，木塊上故意澆一點普通的水。
教授於是開始用電子溫度計的探針攪拌兩種鹽，邊攪溫度計的讀數一邊掉，原本純粹是固態鹽的杯中開始出現液體，變成一團白色的爛泥。最後溫度掉到零下，剛才澆的水結冰，燒杯就被黏在木塊上了。
這是一個著名的吸熱反應。似乎打破了「化學反應是從高能狀態變成低能狀態，放出能量的差異」的理論，看似有一顆球自己滾上山，超怪。
而且最賊的是，讓這反應之所以自發（我們無須幹嘛，只需混合使化學物接觸，它就自然會發生）的神秘關鍵，我們在影片上看不到。但如果我們到現場就會聞到！
因為氯化銨是微酸性（銨比氨多一個質子），氫氧化鋇強鹼性，所以後者會讓固體銨鹽變回臭臭的氨氣，酸鹼中和也產生了水，剩下的氯化鋇還是易溶於水中的鹽。所以呢？一開始是兩種固體合在一起，卻意外產生了氣體、液體、別忘了還有溶在水中的鹽，整體結果是，系統的「亂度」大大增加了。
可以想成有比起硬梆梆的固體，後來有更多的方式分配能量，於是原本環境中以熱（分子振動）的形式存在的能量，被氣體分子、液體和水分子、和水中自由運動的離子攜帶走了一部分，大家都變自由，於是就強烈的吸熱。
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| （亂度很高的）冰霸王。與化學的關聯是沒有。 |
▆ 0:48:29 電腦實驗【亂度是什麼？】的類比
螢幕上有一百個圓盤原本是黃色。每一秒由電腦亂數選擇十個，若是黃色就「翻面」成紅色，若是紅色就翻回黃色。
一開始黃色迅速下降到一半左右，然後紅黃的比例就在 50:50 之間上下波動，可是瑞凡我們再也回不去 100 個都是黃色的美好狀態了。
這是因為 100 個盤子都是黃色的可能性只有 1 種，但紅色和黃色各 50 個的可能性有 C(100,50) = 10,0891,3445,4556,4193,3348,1249,7256 讀作約十萬兆兆，或十穰種，10E29 ......一個超越一般天文數字的大數。意義是，這個隨機的系統，雖然會上下波動，但處在中間值附近的可能性遠遠的大，除此之外都極微小。
更別提真實世界中的盤子：生活周遭原子與分子的數量動不動就是亞佛加厥常數 602,214,076,000,000,000,000,000 這種數字。要讓一杯咖啡牛奶自己分成半邊咖啡半邊牛奶是根本不可能的。
更別提真實世界中的盤子：生活周遭原子與分子的數量動不動就是亞佛加厥常數 602,214,076,000,000,000,000,000 這種數字。要讓一杯咖啡牛奶自己分成半邊咖啡半邊牛奶是根本不可能的。
當物理系統能量達到最均勻分配時，稱為有最大的「亂度」，因為是最可能的狀態，因此在隨機運動的宇宙中，最大亂度的狀態像是有吸引力一樣存在，像每個人的房間一樣不費力收拾就會越來越亂。
剛剛的反應中，氣態的亂度大於液態又大於固態，因此亂度法則會驅動化學反應進行，同時吸收大量熱量，稱為這個反應是亂度（熵）驅動的，而非由能量（焓）驅動的。
美國化學家吉布斯搞懂了這個關聯，寫出了一個關係式 ΔG = ΔH - T ΔS。聯繫了亂度和能量的關係，其中 G 就以他的名字稱為「吉布斯自由能」，是預測化學反應到底能不能自發性發生的最終判別。按下不表，請參見相關資料。
▆ 0:52:38 【銅與稀硝酸】的奇幻旅程
Bishop 教授提到，在英文裡 curious，也就是這場演講標題之中的一個字有兩種意思。一個是「很奇怪」，另一個是「很好奇求知」。例如《班傑明的奇幻旅程》的原書名就叫＂The Curious Case of Benjamin Button＂（直譯是：班傑明巴頓的奇怪案例）。
所以這裡他要用一位大前輩化學家 伊拉．倫森（Ira Remsen, 1846-1927） 的故事搭配實驗。
倫森是人工甜味劑糖精（saccharin）的發明人之一，創辦了美國約翰霍普金斯大學的化學系。小時候倫森在書上看到平淡無味的一句話「稀硝酸會和銅反應」，他搞到了一點硝酸 [好危險!]，和一個銅幣，二話不說就在自己房間裡把銅幣丟到硝酸裡。
倫森是人工甜味劑糖精（saccharin）的發明人之一，創辦了美國約翰霍普金斯大學的化學系。小時候倫森在書上看到平淡無味的一句話「稀硝酸會和銅反應」，他搞到了一點硝酸 [好危險!]，和一個銅幣，二話不說就在自己房間裡把銅幣丟到硝酸裡。
Bishop 教授一邊說故事一邊做相同的實驗，不同的是他懂得要在密閉的瓶中做，倫森不知道，於是下場很慘痛~~ 隨著「硝酸與銅反應」進行，冒出大量棕紅色的氣體，味道又嗆又辣的氣體——二氧化氮（NO₂）充滿了房間，幾乎要讓倫森窒息。
他只好用手把銅板從硝酸裡撈出來丟出窗外。這時他有了第二個寶貴的經驗：硝酸也會和他的手起反應——痛死了。於是他著急的用褲管想把酸液擦掉，於是獲得了第三個寶貴經驗：硝酸也會和衣物（應該是棉）起反應。
硝酸特別在於除了酸性，更是有強氧化力，其他酸溶解金屬是產生氫氣，但硝酸（~就他最特別~）則是產生氧化還原，將銅氧化、自己還原成二氧化氮。
硝酸與一氧化二氮氣體，用顯圖充當插圖兼頻道推薦
倫森從此對化學燃起極大的興趣，找尋進入專業實驗室學習的機會，最後做出了一生的諸多學術貢獻......是說倫森作為科學家實在有點落漆XD
包括他最著名的發現糖精過程也有些烏龍：他研究煤焦油（coal tar）的化學性質——煤焦油有很多含有苯結構的化合物，可以加工成染料等等有用的工業用化學物——做實驗一整天之後，終於能和太太坐下來同桌用晚餐。倫森:「老婆啊，你這小麵包味道怪怪的，有點甜，又有種苦苦的怪味」。Mrs 倫森: 「你很奇怪耶，我吃正常啊。」
真相大白，原來是他玩化學後，沒洗手就去抓麵包吃。先是非常甜然後有苦味餘韻的糖精就是這樣被發現的。倫森.....真難？
真相大白，原來是他玩化學後，沒洗手就去抓麵包吃。先是非常甜然後有苦味餘韻的糖精就是這樣被發現的。倫森.....真難？
糖精的結構
高中化學一定會提到這章，hen重要，因為這類化學反應就是特別在於：很容易就能逆轉。例如本反應，反應式是 2 NO₂ ←→ N₂O₄ + 熱。
如果照一開始想的，認定化學反應傾向於放熱，我們可能會猜所有二氧化氮（紅棕）都會變成無色的四氧化二氮氣體。但奇特的事情是，二氧化氮還蠻穩定的，就是因為亂度法則：反應式左邊的分子數量是右邊的兩倍，兩個分開的分子更加的自由無拘束，有較高的亂度。（你，自由飛吧，你說溫室沒有燦爛的花）
因此這個例子裡，能量和亂度的效應是相反方向，結果是「二氧化氮 和 四氧化二氮 同時存在於一個系統中」勢均力敵，不停的在反應變成彼此（動態平衡）。當放進冷水中的時候，方程式右邊的熱量被拿走，就會有更多的二氧化氮轉變成四氧化二氮（後者無色，故整體顏色變淡）。當放進熱水，逆反應占優勢，更多四氧化二氮分解成二氧化氮，紅棕色變深。
* 如果壓縮容器讓壓力增加體積減少，反應向右（分子數變少）。
▆ 1:01:00 【釔鋇銅氧】高溫超導體
雖然是化學講堂，但是秀一點物理化學跨界的展示不為過ㄅ。
釔鋇銅氧（YBCO）是一種黑色的陶瓷，陶瓷的意思就是各種東西的固態氧化物，所以形成陶瓷的方式就是把各種東西拿去徹底地燒，與氧化合。
釔元素（Yttrium）一般也被列作「稀土金屬」（Rare earth elements），這是因為它的原子電荷、大小等性質都和其他稀土元素相近，在地球表面形成礦物的時候，彼此處得來（晶格相容）所以會聚集在一起。另外之所以叫稀土，是因為當初從發現者都是將礦石溶解於酸，反覆結晶純化後得到這些元素的氧化物。在西洋化學的古老傳統中，土＝燒到不能再燒的東西（因此很耐火耐高溫）＝陶瓷＝氧化物。
釔的名字來自瑞典斯德哥爾摩市附近的一個礦坑「乙特比」（Ytterby），這裡一開始人們以為挖到黑黑的岩石是煤礦，但那礦石明顯比煤礦（碳氫的複雜混合物）來得重，應該含有某些金屬吧。後來這種礦物被叫作「加多林石」（Gadolinite），裡面至少含有八種當時十九世紀未知的元素，其中最後有四種的名字非常飲水思源的用了乙特比來命名：釔（Yttrium, Y）、鐿（Ytterbium, Yb）、鋱（Terbium, Tb）、鉺（Erbium, Er）~~雖然是有點沒創意。
順帶離題，加多林石裡另外四種新元素是
鈧（Scandium, Sc）←以斯堪地那維亞半島命名、
鈥（Holmium, Ho）←以斯德哥爾摩為名、
鈧（Scandium, Sc）←以斯堪地那維亞半島命名、
鈥（Holmium, Ho）←以斯德哥爾摩為名、
銩（Thulium, Tm）←意思是「遠的要命的地方」，希臘神話中指北歐
釓（Gadolinium, Gd）：加多林（Johan Gadolin, 1760–1852）是位化學家，他的名字先被用來命名礦物加多林石，後來發現的元素又（在他過世之後）以他為名。加多林是名字登上週期表的第一個科學家，但是是週期表上第二個人名，第一個是釤（Samarium, Sm）。
↑＊終極冷知識盡在這一段＊↑
↑＊終極冷知識盡在這一段＊↑
釔鋇銅氧陶瓷是非常少見的高溫超導體，這邊「高溫」的定義是「可以泡在液態氮（-196°C ）中就產生超導性質」的，顯然並沒有真的多溫暖。
因為它屬於第二類超導體，在「臨界溫度」以下不只電阻會變成貨真價實的零，還會有兩類「邁斯納效應」：會排斥磁場，同時結構上有一些漏洞的地方會讓磁場通過，但是卻像鉗子一樣把這些通過的磁場「鎖住」，隔磁又鎖磁，使得這裡所展示的兩種磁懸浮（騰空、倒吊可載重）成為可能。
但傷心的是，釔鋇銅氧雖然是歷史性的創紀錄的材料，但這種陶瓷的性質有兩個致命的問題：一是脆（陶瓷咩）、二是不能容納很大的電流，所以從發現到今天 30 多年了，可惜是仍沒有大規模的工業、商業用途。
所以釔鋇銅氧到今天的主要用途就是拿來展示科學實驗= =
不要灰心，和釔鋇銅氧類似的「稀土鋇銅氧」（REBCO）高溫超導材料近年來有突破性的進展——業者革新了製程，作出了長條狀的多層複合材料，叫「稀土鋇銅氧陶磁條」（REBCO tape）的材質。用途是用超導效應來產生強磁場。
強磁場在 MRI 造影、無線通信、各種發電機、高能物理、甚至用到電漿的磁禁錮核融合發電有各種用處。磁場密度提高一下就提升了許多既有科技的效率。
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| YBCO 的爭氣後代 REBCO tape 示意圖 |
演講到此結束了。而搜尋本篇文章的時間碼前面的黑方塊字元，可以知道 Chris Bishop 教授一邊講解一邊在這一個小時之內展示了 33 個實驗。請同意我，這是不可多得的超強化學展示，更沒有為了娛樂而虧待、犧牲到主題的深度。主教哥，我們謝謝您！
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