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!

发布时间: 2020-02-15 22:33:31
最近我听到一个神奇的说法:84消毒液酒精混合会产生氯气!
 
 
但实际上84和酒精混合更可能是这样的!
 
 
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,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℃。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……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、乙醇的酸乙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。
 
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!
 
这个问题表面上看个初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。
 
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……)
 
参考文献
1、https://www.sciencedirect.com/topics/pharmacology-toxicology-and-pharmaceutical-science/hypochlorite
2、https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_hypochlorite#Reactions
3、Ballantyne K N, Salemi R, Guarino F, et al. DNA contamination minimisation–finding an effective cleaning method[J]. Australian Journal of Forensic Sciences, 2015, 47(4): 428-439.
4、Nwaukwa S O, Keehn P M. The oxidation of alcohols and ethers using calcium hypochlorite [Ca (OCl) 2][J]. Tetrahedron Letters, 1982, 23(1): 35-38.
5、Stevens R V, Chapman K T, Weller H N. Convenient and inexpensive procedure for oxidation of secondary alcohols to ketones[J]. The Journal of Organic Chemistry, 1980, 45(10): 2030-2032.
6、Stevens R V, Chapman K T, Stubbs C A, et al. Further studies on the utility of sodium hypochlorite in organic synthesis. Selective oxidation of diols and direct conversion of aldehydes to esters[J]. Tetrahedron Letters, 1982, 23(45): 4647-4650.
7、Mirafzal G A, Lozeva A M. Phase transfer catalyzed oxidation of alcohols with sodium hypochlorite[J]. Tetrahedron letters, 1998, 39(40): 7263-7266.
8、https://en.wikipedia.org/wiki/Haloform_reaction
9、El Din A M S, Arain R A, Hammoud A A. Kinetics of hydrolysis of chloroform and bromoform in aqueous solutions[J]. Desalination, 1998, 120(1-2): 41-51.
10、Savinell R F, Ota K, Kreysa G. Encyclopedia of applied electrochemistry[M]. Springer, 2014.895-900

 

 

Copyright © 2016 畅游天下 - 江苏畅游天下房车俱乐部有限公司  苏ICP备16037520号-1