如何使用化学方法走出迷宫？ _小知识

迷宫是良多伴侣出格是青少年伴侣十分喜爱的益智游戏。简单的迷宫只需稍加不雅察就可以找出准确的路线，但复杂的迷宫生怕就要经由过程于数学方式进行计较。不外今天，笔者要告诉大师，迷宫问题还可以经由过程化学方式来解决。你或许感觉这是异想天开？那就来看看化学家是若何做到的吧。

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（图片来历：https://realtheatre.wordpress.com/2013/01/29/behaviour-in-the-maze/）
我们起首用一种名为聚二甲基硅氧烷的高分子材料制当作一个长宽均为1-2厘米，深度为1毫米的迷宫，然后标的目的迷宫中灌入含有氢氧化钾和2-正己基癸酸的水溶液。这一步做好后，我们将一块在盐酸溶液中浸泡过的凝胶放在迷宫的出口使之与迷宫中的溶液接触，然后当即将一些红色颜料的粉末放在迷宫进口的水面上。仅仅大约十秒钟之后，原本无色的溶液中就呈现了一条红色的印迹，清楚地标识出了从迷宫进口到出口的准确路径[1] 。那么这是怎么回事呢？

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操纵马伦哥尼效应解决迷宫问题的几个实例。 S和E别离暗示迷宫进口（低概况能）和出口（高概况能）[1] 。
当我们把水溶液倒出神宫中后，水和空气之间就形当作了一个界面。在水的内部，每个水分子都被它的火伴包抄着，而界面处的水分子却不得不面临“秉性”与本身相差甚远的空气分子。于是，在水和空气的界面就呈现了一个额外的能量——概况能。事实上，不但是水和空气的界面，肆意两种分歧的物质发生接触时，界面处城市存在概况能。
既然是额外的能量，那么显然设法将其降低才有利于系统的不变。那么若何做到呢？别忘了水中还添加了氢氧化钾和2-正己基癸酸。这两种物质在水中一相遇很快就发生化学反映，后者被酿成了2-正己基癸酸钾，在水中解离当作带负电的2-正己基癸酸根离子和带正电的钾离子。
钾离子很快就与水分子打当作一片了，可是2-正己基癸酸根离子却面对了一个难题：它的一端是对水亲和力很强的离子，可是另一端又是极难溶于水的碳链。一边想溶于水，另一边却想尽量远离水，双方妥协的成果为它指示了最该去的处所——空气和水的界面。在这里，亲近水的离子可以继续和水连结接触，而厌恶水的碳链正好可以远离对方。而水分子正好可以不消面临厌恶的空气分子了。于是，当我们把氢氧化钾和2-正己基癸酸添加到水中后，水和空气的界面很快就被2-正己基癸酸根离子占有，这样一来，水和空气界面处的概况能就降低了。
但当我们把一块含有盐酸的凝胶放在迷宫出口后，环境就发生了转变。凝胶中的盐酸（精确说是氢离子和氯离子）很快渗入出来进入水溶液，碰到2-正己基癸酸根离子后，立即把对方“打回真相”——从头生当作2-正己基癸酸。 2-正己基癸酸根离子是个水和空气“两端通吃”的家伙，可是2-正己基癸酸却很难溶于水。这样一来，在接近迷宫出口的处所，本来不变存在于水和空气界面上的2-正己基癸酸根离子不复存在，水从头与空气相接触，这里的概况能是以升高了。

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在碱性前提下， 2-正己基癸酸会被改变当作2-正己基癸酸根离子，后者在酸性前提下又会回到前者
因为迷宫的路径具有必然的长度，添加到迷宫出口的盐酸需要一段时候才能扩散到迷宫进口。是以在迷宫进口四周的2-正己基癸酸根离子没有受到较着影响，仍然呆在水和空气的界面。这样一来，迷宫进口处水和空气界面的概况能就较着低于出口处的概况能。于是迷宫出口处的水分子不干了：进口何处有那么多2-正己基癸酸根离子，分给这边的兄弟一些吧，好让我们的概况能也降低一些。怎么才能分派平均呢？方式很简单，让处在空气与水界面处的水分子从进口（低概况能）标的目的出口（高概况能）流动，这样一来界面上的2-正己基癸酸根离子也跟着流动过来。与此同时，在接近容器底部的位置，水分子则沿着相反的偏向流动，即从出口流标的目的进口。流动的成果是2-正己基癸酸根离子从头在进口和出口之间平均分布。这种因为液体-气体界面的概况能差别而导致的液体流动被称为马伦哥尼效应(Marangoni effect) 。意大利科学家卡洛·马伦哥尼最早对其进行系统研究，是以这一现象以他的名字定名[2] 。