化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的圖靈斑圖

李桂林

課題背景 1952年，被后人稱為計(jì)算機(jī)科學(xué)之父的著名英國數(shù)學(xué)家圖靈把他的目光轉(zhuǎn)向生物學(xué)領(lǐng)域。他在著名論文《形態(tài)形成的化學(xué)基礎(chǔ)》中，從數(shù)學(xué)角度表明，在反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)中，穩(wěn)定均態(tài)會在某些條件下失穩(wěn)，并自發(fā)產(chǎn)生空間定態(tài)圖紋。此過程被后人稱為“圖靈斑圖”。圖靈用一個反應(yīng)擴(kuò)散模型成功地說明了某些生物體表面所顯示的圖紋（如斑馬身上的斑圖）是怎樣產(chǎn)生的。

藍(lán)瓶子、紅瓶子、花瓶子實(shí)驗(yàn)是化學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。在做藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)時，我們意外發(fā)現(xiàn)其有時會形成一種波形圖案，把藍(lán)瓶子、紅瓶子實(shí)驗(yàn)的溶液多次倒在培養(yǎng)皿等器皿中，結(jié)果在培養(yǎng)皿中看到了較穩(wěn)定的波形圖案。

藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)的配方：水100g，葡萄糖2g，NaOH 2g，2%亞甲藍(lán)3～5滴，置于250mL錐形瓶中。藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)操作：振蕩溶液時其呈藍(lán)色，靜置時藍(lán)色慢慢褪去變成無色透明液，再振蕩又變藍(lán)色……紅瓶子和花瓶子的方法、原理、現(xiàn)象等相近，只是所選氧化還原指示劑及相關(guān)顏色不同。

實(shí)驗(yàn)步驟

1.溫度影響（紅瓶子實(shí)驗(yàn)，水100mL）

結(jié)論：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度越高，形成圖案所需要的時間越短，20℃、30℃時形成的圖案比較漂亮，所以此區(qū)間溫度是比較適宜的實(shí)驗(yàn)溫度。

2.濃度影響（紅瓶子實(shí)驗(yàn)，水100mL，水溫控制在30℃左右）

結(jié)論：氫氧化鈉的理想濃度在4%～6%，葡萄糖加2g左右比較好，堿性藏紅花的滴數(shù)控制在8滴左右。因?yàn)閴A性越大，越不能形成斑圖；堿性太小，形成斑圖所需要時間較長。

3.光照影響（藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)，水100mL，水溫控制在20℃左右）

結(jié)論：光照會影響圖靈斑圖的形狀，而且此次圖靈斑圖呈三維狀。

4.電場影響（藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)，水溫控制在30℃～40℃）

把藍(lán)瓶子溶液放在電場中，靜置片刻后觀察現(xiàn)象。

結(jié)論：15s后，在玻璃皿中形成2個平行的螺旋，并且在實(shí)驗(yàn)中這兩個螺旋在不停運(yùn)動，且運(yùn)動方向是相反的，30s后，這個螺旋不停地向溶液中伸展，最后形成了漂亮的立體圖案。與所有圖靈斑圖不同的是，在培養(yǎng)皿的邊緣形成了一條條豎直的藍(lán)色線段，且它們的間距相等。說明電場對圖靈斑圖的形成是有巨大影響的。

5. 磁場影響（紅瓶子實(shí)驗(yàn)，水100mL，水溫控制在15℃左右）

用交互線圈來產(chǎn)生磁場，并把培養(yǎng)皿放在線圈的上方，這樣就會有磁場通過培養(yǎng)皿，另外我們也可以用兩個條形磁鐵來提供磁場。

結(jié)論：無磁場影響的情況下，形成斑點(diǎn)狀的圖靈斑圖，在有磁場影響的情況下，在磁場中其形狀如同一朵花。先是出現(xiàn)一圈圈的環(huán)狀斑紋，出現(xiàn)順序?yàn)橛衫锒?。斑圖逐漸變得扁長，并漸漸連成一線，最后呈放射狀，內(nèi)密外疏。

另外，對比溶液深度的實(shí)驗(yàn)表明，溶液越深，越容易形成條狀三維圖靈斑圖，溶液越淺，越容易形成二維的點(diǎn)狀圖靈斑圖。

資料顯示，目前世界上共有五個體系能產(chǎn)生圖靈斑圖，在一個偶然的機(jī)會，我們在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室里找到了一種能產(chǎn)生圖靈斑圖的新體系。偶然的意外，鑄成了這樣一次美麗的邂逅。

課題背景 1952年，被后人稱為計(jì)算機(jī)科學(xué)之父的著名英國數(shù)學(xué)家圖靈把他的目光轉(zhuǎn)向生物學(xué)領(lǐng)域。他在著名論文《形態(tài)形成的化學(xué)基礎(chǔ)》中，從數(shù)學(xué)角度表明，在反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)中，穩(wěn)定均態(tài)會在某些條件下失穩(wěn)，并自發(fā)產(chǎn)生空間定態(tài)圖紋。此過程被后人稱為“圖靈斑圖”。圖靈用一個反應(yīng)擴(kuò)散模型成功地說明了某些生物體表面所顯示的圖紋（如斑馬身上的斑圖）是怎樣產(chǎn)生的。

藍(lán)瓶子、紅瓶子、花瓶子實(shí)驗(yàn)是化學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。在做藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)時，我們意外發(fā)現(xiàn)其有時會形成一種波形圖案，把藍(lán)瓶子、紅瓶子實(shí)驗(yàn)的溶液多次倒在培養(yǎng)皿等器皿中，結(jié)果在培養(yǎng)皿中看到了較穩(wěn)定的波形圖案。

藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)的配方：水100g，葡萄糖2g，NaOH 2g，2%亞甲藍(lán)3～5滴，置于250mL錐形瓶中。藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)操作：振蕩溶液時其呈藍(lán)色，靜置時藍(lán)色慢慢褪去變成無色透明液，再振蕩又變藍(lán)色……紅瓶子和花瓶子的方法、原理、現(xiàn)象等相近，只是所選氧化還原指示劑及相關(guān)顏色不同。

實(shí)驗(yàn)步驟

1.溫度影響（紅瓶子實(shí)驗(yàn)，水100mL）

結(jié)論：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度越高，形成圖案所需要的時間越短，20℃、30℃時形成的圖案比較漂亮，所以此區(qū)間溫度是比較適宜的實(shí)驗(yàn)溫度。

2.濃度影響（紅瓶子實(shí)驗(yàn)，水100mL，水溫控制在30℃左右）

結(jié)論：氫氧化鈉的理想濃度在4%～6%，葡萄糖加2g左右比較好，堿性藏紅花的滴數(shù)控制在8滴左右。因?yàn)閴A性越大，越不能形成斑圖；堿性太小，形成斑圖所需要時間較長。

3.光照影響（藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)，水100mL，水溫控制在20℃左右）

結(jié)論：光照會影響圖靈斑圖的形狀，而且此次圖靈斑圖呈三維狀。

4.電場影響（藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)，水溫控制在30℃～40℃）

把藍(lán)瓶子溶液放在電場中，靜置片刻后觀察現(xiàn)象。

結(jié)論：15s后，在玻璃皿中形成2個平行的螺旋，并且在實(shí)驗(yàn)中這兩個螺旋在不停運(yùn)動，且運(yùn)動方向是相反的，30s后，這個螺旋不停地向溶液中伸展，最后形成了漂亮的立體圖案。與所有圖靈斑圖不同的是，在培養(yǎng)皿的邊緣形成了一條條豎直的藍(lán)色線段，且它們的間距相等。說明電場對圖靈斑圖的形成是有巨大影響的。

5. 磁場影響（紅瓶子實(shí)驗(yàn)，水100mL，水溫控制在15℃左右）

用交互線圈來產(chǎn)生磁場，并把培養(yǎng)皿放在線圈的上方，這樣就會有磁場通過培養(yǎng)皿，另外我們也可以用兩個條形磁鐵來提供磁場。

結(jié)論：無磁場影響的情況下，形成斑點(diǎn)狀的圖靈斑圖，在有磁場影響的情況下，在磁場中其形狀如同一朵花。先是出現(xiàn)一圈圈的環(huán)狀斑紋，出現(xiàn)順序?yàn)橛衫锒?。斑圖逐漸變得扁長，并漸漸連成一線，最后呈放射狀，內(nèi)密外疏。

另外，對比溶液深度的實(shí)驗(yàn)表明，溶液越深，越容易形成條狀三維圖靈斑圖，溶液越淺，越容易形成二維的點(diǎn)狀圖靈斑圖。

資料顯示，目前世界上共有五個體系能產(chǎn)生圖靈斑圖，在一個偶然的機(jī)會，我們在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室里找到了一種能產(chǎn)生圖靈斑圖的新體系。偶然的意外，鑄成了這樣一次美麗的邂逅。

課題背景 1952年，被后人稱為計(jì)算機(jī)科學(xué)之父的著名英國數(shù)學(xué)家圖靈把他的目光轉(zhuǎn)向生物學(xué)領(lǐng)域。他在著名論文《形態(tài)形成的化學(xué)基礎(chǔ)》中，從數(shù)學(xué)角度表明，在反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)中，穩(wěn)定均態(tài)會在某些條件下失穩(wěn)，并自發(fā)產(chǎn)生空間定態(tài)圖紋。此過程被后人稱為“圖靈斑圖”。圖靈用一個反應(yīng)擴(kuò)散模型成功地說明了某些生物體表面所顯示的圖紋（如斑馬身上的斑圖）是怎樣產(chǎn)生的。

藍(lán)瓶子、紅瓶子、花瓶子實(shí)驗(yàn)是化學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。在做藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)時，我們意外發(fā)現(xiàn)其有時會形成一種波形圖案，把藍(lán)瓶子、紅瓶子實(shí)驗(yàn)的溶液多次倒在培養(yǎng)皿等器皿中，結(jié)果在培養(yǎng)皿中看到了較穩(wěn)定的波形圖案。

藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)的配方：水100g，葡萄糖2g，NaOH 2g，2%亞甲藍(lán)3～5滴，置于250mL錐形瓶中。藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)操作：振蕩溶液時其呈藍(lán)色，靜置時藍(lán)色慢慢褪去變成無色透明液，再振蕩又變藍(lán)色……紅瓶子和花瓶子的方法、原理、現(xiàn)象等相近，只是所選氧化還原指示劑及相關(guān)顏色不同。

實(shí)驗(yàn)步驟

1.溫度影響（紅瓶子實(shí)驗(yàn)，水100mL）

結(jié)論：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度越高，形成圖案所需要的時間越短，20℃、30℃時形成的圖案比較漂亮，所以此區(qū)間溫度是比較適宜的實(shí)驗(yàn)溫度。

2.濃度影響（紅瓶子實(shí)驗(yàn)，水100mL，水溫控制在30℃左右）

結(jié)論：氫氧化鈉的理想濃度在4%～6%，葡萄糖加2g左右比較好，堿性藏紅花的滴數(shù)控制在8滴左右。因?yàn)閴A性越大，越不能形成斑圖；堿性太小，形成斑圖所需要時間較長。

3.光照影響（藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)，水100mL，水溫控制在20℃左右）

結(jié)論：光照會影響圖靈斑圖的形狀，而且此次圖靈斑圖呈三維狀。

4.電場影響（藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)，水溫控制在30℃～40℃）

把藍(lán)瓶子溶液放在電場中，靜置片刻后觀察現(xiàn)象。

結(jié)論：15s后，在玻璃皿中形成2個平行的螺旋，并且在實(shí)驗(yàn)中這兩個螺旋在不停運(yùn)動，且運(yùn)動方向是相反的，30s后，這個螺旋不停地向溶液中伸展，最后形成了漂亮的立體圖案。與所有圖靈斑圖不同的是，在培養(yǎng)皿的邊緣形成了一條條豎直的藍(lán)色線段，且它們的間距相等。說明電場對圖靈斑圖的形成是有巨大影響的。

5. 磁場影響（紅瓶子實(shí)驗(yàn)，水100mL，水溫控制在15℃左右）

用交互線圈來產(chǎn)生磁場，并把培養(yǎng)皿放在線圈的上方，這樣就會有磁場通過培養(yǎng)皿，另外我們也可以用兩個條形磁鐵來提供磁場。

結(jié)論：無磁場影響的情況下，形成斑點(diǎn)狀的圖靈斑圖，在有磁場影響的情況下，在磁場中其形狀如同一朵花。先是出現(xiàn)一圈圈的環(huán)狀斑紋，出現(xiàn)順序?yàn)橛衫锒狻０邎D逐漸變得扁長，并漸漸連成一線，最后呈放射狀，內(nèi)密外疏。

另外，對比溶液深度的實(shí)驗(yàn)表明，溶液越深，越容易形成條狀三維圖靈斑圖，溶液越淺，越容易形成二維的點(diǎn)狀圖靈斑圖。

資料顯示，目前世界上共有五個體系能產(chǎn)生圖靈斑圖，在一個偶然的機(jī)會，我們在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室里找到了一種能產(chǎn)生圖靈斑圖的新體系。偶然的意外，鑄成了這樣一次美麗的邂逅。