84和酒精混合会产生氯气?仔细研究后我发现这不是谣言

最近我听到一个神奇的说法:84消毒液和酒精混合会产生氯气! 也不知道是谁第一个想出来把俩消毒剂混在一起用的,可能是基于强强联手的中国武侠思想,用两个普通消毒剂合成出一个史诗级消毒剂?

你期待的84和酒精混合可能是这样的

但实际上84和酒精混合更可能是这样的

这是什么脑回路啊!你把它俩混起来,不就等于让84给酒精消毒、让酒精给84杀菌,最后只会斗个两败俱伤!

最近网上这个问题的讨论极其热烈。毕竟很多人最近都囤了84和酒精,而生活中也难得碰到一个用初中化学就能参与讨论的学术问题。

生活中的奇葩实验探究,毕导可能会迟到,但从不会缺席。今天我就用实验帮大家研究一下84和酒精混合会不会产生氯气!

01 Introduction-实验背景知识

84消毒液,主要成分是次氯酸钠NaClO、氢氧化钠NaOH和表面活性剂。NaClO具有氧化性,可以杀死细菌病毒。

我们在小学二年级的时候就学过,84消毒液和洁厕灵是不能混合的!因为洁厕灵含有盐酸HCl,会与84反应产生氯气,把你熏死。试配平下列化学方程式,评论区第一个配平的人可以给你初中化学老师报个喜。

HCl + NaClO === NaCl + Cl2↑ + H2O

医用酒精,是75%的乙醇/水溶液,乙醇具有还原性。

一个84氧化,一个酒精还原,岂不是化学反应的天生一对!下面我们就把它们混合!

02 Experiment-实验探究

【实验1】取20 mL84消毒液、20 mL酒精,充分混合。

(注:84在实际使用中都是要稀释100倍再用的!本实验为了模拟极限愚蠢操作下的危险性,故不稀释。)

众所周知,在化学分析中,面对一个未知的反应,首先自然要用到化学鉴定的四种基本方法:

首先看反应现象:

拍摄于混合后约1.5分钟

卧槽居然产生了这么多气体!!!仔细观察发现,有大量小气泡在浅黄色溶液中缓慢上升、逸出。

拍摄于混合后约2分钟

实验结论:84和酒精混合的确会放出气体!

但是不是氯气还需要进一步探究。让我们进入看闻摸尝的第二步:闻。

【实验2】闻气体的味道,判断一下是啥。

不要惊讶于我的胡子

我只是想用它的长度来见证战胜疫情的那一天

怎么说呢,的确有氯气的味道和功效。但其实你直接闻84消毒液,本来就能闻到氯气味。这个实验没有太大的说服力。让我们进入看闻摸尝的第三步:摸。

【实验3】摸烧杯外壁,感受是否有温度变化

谁能看出来我在说啥?

杯子竟然变热了!!!实验人员甚至被这突如其来的温暖给逗乐了!来,拿我做咖啡的温度计测个温度!

84与酒精混合后,温度从20℃升至23℃。小气泡的产生应该与升温有关,我有两种猜想:

猜想1:酒精和84混合放热,溶液升温使某种气体跑出来了。

猜想2:酒精和84发生了氧化还原反应放热,那就说明它们真的会生成氯气!啊我要死了!

我们来验证一下猜想。

【实验4】把酒精和水混合,把84和水混合,观察温度是否变化。

结果表明,酒精与水混合本来就会放热,足以使水的温度从20℃升到24℃,还是比较多的!至于酒精稀释为啥放热、放多少热,大家在小学二年级应该都学过非理想溶液的化学势和偏摩尔焓问题,在此不再赘述。

84与水混合是吸热的,温度反而从20℃降到了19℃。不知道大家还记不记得高中“越稀越水解”这句话,我猜是稀释使ClO⁻水解平衡正向移动,而水解是吸热反应。

现在测出来酒精混合升4℃,84混合降1℃,而酒精84混合居然刚好升3℃!

虽然理性告诉我这只是一个强行巧合,但它说明:84与酒精混合升温,很可能是因为酒精遇到水本来就会升温。

次氯酸钠不稳定,升温时它会发生歧化和分解两个反应[1,2]。分解反应产生氧气。

大家高中的时候都学过电离和水解的动态平衡,84溶液中时刻存在下面几个平衡反应[2],升温会促进氯气跑出来。

话说还有人记得这些方程吗……

因此,84与酒精混合产生的小气泡可能是氧气,也可能是氯气。但我目测气泡的分子量是32,所以觉得是氧气。

【实验5】收集84与酒精混合产生的小气泡,用带火星的木条测试。

静置片刻,伸入带火星木条(注意,本实验可能产生酒精蒸气,遇火会燃,千万不要在封闭空间内点火)。

我可去你的吧,不仅没有复燃,甚至安详地熄灭了,整个实验也瞬间变得索然无味……果然生活中很难有机会用到“氧气会使带火星的木条复燃”这种知识点呢……但小气泡毕竟没多少,很难用这种方法验证。

【实验最终结论】84与酒精混合会升温,并放出气体,尚不能确定是氧气还是氯气。

很遗憾我家里没有气相色谱,无法进一步实验了,期待本实验启发后人开展更为详细的研究。

03 Results and Discussion

那84和酒精究竟会不会产生氯气呢?

我们的实验结论其实有点尴尬。如果产生的是氧气,你倒是可以上去吸个神清气爽;但万一84和酒精发生了氧化还原反应,产生氯气甚至是其他有毒气体,我岂不是要被冠状病毒笑死了?

我仔细查了文献,很快找到了这个问题的答案!

目前网上已经有许多科普文辟谣说84和酒精不会产生氯气,但很遗憾,他们的辟谣都是错的。

84和酒精混用会产生氯气,而且浓度很可能超出安全范围。

2015年一篇刊登在《Australian Journal of Forensic Sciences(澳大利亚法医杂志)》上的论文[3]讨论了一个有趣的问题:在法医实验室里,我们搞卫生的时候应该把桌子、仪器上残留的DNA除干净,否则会干扰后面的师弟师妹做实验。

然后作者还真就测试了84(当然,84在澳洲并不叫84)和酒精混合搞卫生的效果,并用气相色谱-质谱仪检测了它俩混合用会不会产生有毒的氯仿和氯气!

作者实验中的擦桌子手法是这样的:先喷84溶液,5分钟后擦干,再喷70%酒精,5分钟后再擦干。这个手法和妈妈们还是比较像的,实验结论如下:

单独用次氯酸钠溶液擦桌子,完全不会产生氯气(如下图1abc);

用次氯酸钠擦完桌子,再用水擦一遍,也不会产生氯气(如下图1c);

用次氯酸钠擦完桌子,再用酒精擦一遍,突然就产生了氯气!而且已经超过了安全浓度!(如下图1a)

用次氯酸钠擦完桌子,再用水擦一遍,再用酒精擦一遍,只产生少量氯气,在安全范围内。(如下图1b)

注:“擦桌子”是个代称,作者测了擦玻璃、塑料、金属

用次氯酸盐和酒精清洁过程中氯气(1a-c)和挥发性有机化合物(2a-c)的排放

红线代表澳大利亚的安全浓度标准

作者都擦了三次取平均,数据肯定没问题。总之这个搞卫生实验严格证明了:即使是先喷84,擦干后再喷酒精,就那点残留的接触,也会产生有害量的氯气。(这可能是酒精促进了84中氯气的挥发,而不一定是化学反应)

他还在封闭空间(一个58×55×47 cm的手套箱)中将1%的次氯酸钠溶液与酒精直接混合,检测到了高浓度的氯仿!不过只要在开放的屋子里做实验,就完全检测不到氯仿。

这个实验说明,84和酒精混合会发生复杂的氧化还原反应,产生有害的氯仿。不过我们在家里完全不用管这回事,只要你别闷在被窝里直接混合84酒精。

【一个提醒】作者用的次氯酸钠浓度是0.25~1%,平时我们用84是要稀释100倍的,浓度大概0.05%。所以只要你规范使用84,就不用太担心氯气。但如果你为人豪放,喜欢玩浓度大的,就还是会有危害。

04 Supplementary material

84和酒精混合还会产生什么有毒物质?

可能很多人一想到84和乙醇会产生氯气时,会用仅存的化学知识脑补出这样一个反应

虽然我很难想象世界上有这么优秀的反应,用常见的84和酒精直接一波成功合成三个高危化学品……但本着探索求真的精神,我还是给大家彻底解读一下84和酒精化学反应究竟会产生啥。

首先,伯醇和次氯酸钠在酸性条件下会发生极慢的反应,但得到的产物不是醛,而是二聚酯[4,5]。这可能是因为反应机理是经过半缩醛中间体[6]。

但我们的84是碱性,所以只能以微乎其微的速率生成乙酸乙酯。乙酸乙酯是一种低毒性、闻起来很香、喝起来有点甜的易挥发液体。

84的水溶液、乙醇的乙酸乙酯溶液在相转移催化剂比如四正丁基溴化铵的催化下,乙醇会氧化为乙醛[7]。

但如果不加催化剂,这个反应也极其缓慢,不用担心乙醛的问题。毕竟你妈即使意外把84和酒精混合了,我估计她手头也应该没有四正丁基溴化铵。当然你要是孝顺也可以给她买。

在碱性条件下,乙醛和氯气会发生卤仿反应生成氯仿和甲酸根[8]。氯仿也会水解变甲酸根[9]。甲酸根和84又会氧化变成碳酸根[10]。它们碰到氯自由基又会发生奇怪的反应。

在有机化学的世界里,这些乱七八糟的副反应就像语文阅读理解,只要愿意写,总能编出一堆来。

综上所述,84和酒精混合的确会发生氧化还原反应,产生氯气、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、氯仿、甲酸、碳酸……但量都非常少。

05 Conclusion-结论与展望

综上所述,我们得到了以下几个结论:

1、84和酒精混合会放热,并产生小气泡,可能是氧气或氯气;

2、有文献明确指出,84遇到酒精会产生氯气和氯仿,且浓度可能超出安全范围;

3、84和酒精会发生复杂的有机反应,产物包括但不限于氯气、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、氯仿、甲酸、碳酸……

所以,84和酒精混合产生氯气不是一则谣言!它俩单独都能杀冠状病毒!你想消毒随便拿其中一个就行!别自己瞎混合搞创新!

这个问题表面上看是个初中化学问题,许多科普文在辟谣的时候也想当然地觉得不会产生氯气。所以我得到这个反常结论时,也蛮惊讶的。欢迎大家质疑讨论!

初中课本的化学简单,因为它只教你,84和酒精几乎不会反应。生活中的化学复杂,因为人民群众真正关心的是“几乎不会反应”背后,剩下的“那一丁点反应”有多大危害。

生活远比书本复杂,实验远比理论微妙,次要矛盾有时候就会转化为主要矛盾。对科学心存谦卑,对生活保持好奇。

生活中的奇葩实验探究,毕导可能会迟到,但从不会缺席。最后给大家看一下我今天沾过84的餐巾纸(我家纸本来就是黄色的……)

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