化學(xué)“信號(hào)燈”

徐海 黃薇 陸涌泉 梁文杰

在道路上，交通信號(hào)燈通過(guò)顏色變換，指揮車(chē)輛和行人有序通行。

化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中，一些溶液顏色的變化也能模擬交通信號(hào)燈紅、黃、綠顏色的轉(zhuǎn)換。跟隨我們，一起用化學(xué)方法制作一個(gè)“交通信號(hào)燈”。

一、實(shí)驗(yàn)材料

氫氧化鈉，葡萄糖，靛藍(lán)胭脂紅，錐形瓶，燒杯，玻璃棒，藥匙，稱(chēng)量秤，清水。如圖1。

二、實(shí)驗(yàn)步驟

（一）在錐形瓶中加入150 mL清水。稱(chēng)量4 g葡萄糖，加入錐形瓶中，搖晃均勻。在小燒杯中稱(chēng)量1.5 g氫氧化鈉，倒入50 mL清水配置成溶液。如圖2。

（二）往錐形瓶中倒入氫氧化鈉溶液，混合均勻。用玻璃棒蘸取少量靛藍(lán)胭脂紅加入混合溶液中。靜置1 分鐘，溶液變?yōu)辄S色。如圖3。

（三）振蕩錐形瓶，溶液變?yōu)榧t色。繼續(xù)振蕩，溶液又變?yōu)榫G色。如圖4。

（四）溶液靜置后由綠色還原回紅色，繼而還原回黃色。如圖5。

“徐”徐道來(lái)

“信號(hào)燈”實(shí)驗(yàn)是反應(yīng)體系交替發(fā)生還原與氧化反應(yīng)的結(jié)果。靛藍(lán)胭脂紅有3種不同顏色的氧化還原狀態(tài)，在這個(gè)反應(yīng)體系中，當(dāng)振蕩瓶身時(shí)，它被空氣中的氧氣氧化，在靜置時(shí)又被葡萄糖還原，由此出現(xiàn)反復(fù)變色的現(xiàn)象。

如果在不同的pH值環(huán)境中反應(yīng)，顏色也會(huì)隨之改變。在本實(shí)驗(yàn)中，葡萄糖首先與氫氧化鈉反應(yīng)，溶液從綠色變成黃色（中間態(tài)為紅色），再振蕩與氧氣發(fā)生反應(yīng)后還原回綠色。

科學(xué)大視野

交通信號(hào)燈為什么選用紅、黃、綠三種顏色？

紅色表示禁止通行，黃色表示警告信號(hào)，綠色表示通行，這種規(guī)定幾乎被世界各國(guó)接受，并一直沿用至今。

交通信號(hào)燈采用紅、黃、綠三種顏色是根據(jù)光學(xué)原理，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究和實(shí)踐確定下來(lái)的。紅色光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，具備較強(qiáng)的穿透能力，在能見(jiàn)度較低的環(huán)境中也易被看見(jiàn)。同時(shí)，紅色信號(hào)比其他顏色的信號(hào)更易引起注意。所以，紅色被選為禁止通行信號(hào)。黃色光的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，穿透能力較強(qiáng)。綠色和紅色的區(qū)別最大，易于分辨，同時(shí)，綠色光的穿透距離也較遠(yuǎn)。

此外，人眼視網(wǎng)膜主要含有桿狀和三種錐狀感光細(xì)胞，桿狀細(xì)胞對(duì)黃色的光特別敏感，三種錐狀感光細(xì)胞則分別對(duì)紅光、綠光及藍(lán)光最敏感。