科普丨世界杯里的化学冷知识!

KingDraw 2022-12-02 11:28:05

生活中的化学无处不在,我们的衣食住行都与化学息息相关,就连最近如火如荼的世界杯也不能例外~世界杯里有哪些你想不到的化学冷知识呢?快来和我们一起探索吧!

足球中的聚氨酯(PU)

足球最早起源于中国的“蹴鞠”,后经阿拉伯人由中国传至欧洲,逐渐演变发展为现代足球。

元代钱选所绘《宋太祖蹴鞠图》‍

足球的材质也随着时代在不断变化。在古代,人们采用吹气的猪膀胱来制作纯天然材料的足球,后来过渡到动物皮革,1986年世界杯首次使用合成材料制造比赛用球。今年卡塔尔世界杯官方比赛用球“Al Rihla”外皮由20块无缝的热粘合聚氨酯板制成。

聚氨酯,又称聚氨甲酸酯,简称“PU”,是指主链中含有氨基甲酸酯特征单元的一类高分子,氨基甲酸酯是具有-NH(CO)O-官能团的有机化合物的统称。

氨基甲酸酯

这种高分子材料在我们生活中应用非常广泛,选择不同数量、不同类型的官能团,配合不同的合成工艺,可以制备出各种性能不同的聚氨酯产品,应用于足球外皮的抗挠曲性能优异、耐磨的合成皮革就是其中代表之一。除此之外,各种泡沫塑料、低速轮胎、高光泽性油漆、抗老化外墙涂料,高回弹性的合成纤维等产品中,也都有聚氨酯的身影。

化学界的“足球”

传统足球的外皮由32块皮质拼接缝制,其中12块正五边形,20块正六边形。在化学中,也有一种分子与足球拥有非常相似的结构,它就是被称为“足球烯”的C₆₀ 。

巴克明斯特富勒烯(Buckminsterfullerene),分子式C₆₀,是富勒烯家族中最著名的成员。1985年 , James R. Heath,英国化学家Harold Kroto和美国化学家Richard Smallley、Robert Curl等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60,并推测这个团簇是球状结构。

后来通过质谱分析、X射线分析后证明,C60的分子结构的确为球形32面体,它是由60个碳原子以20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键(C=C)的足球状空心对称分子,所以,富勒烯也被称为“足球烯”。

为了感谢建筑大师巴克明斯特·富勒的圆球型建筑给他们带来的灵感,几位科学家把新发现命名为“巴克明斯特·富勒烯”,简称“巴克球”。Harold Kroto、Richard Smallley、Robert Curl三人因此获得了1996年度诺贝尔化学奖。

巴克明斯特·富勒设计的1967年世博会美国馆

球衣中的聚酯纤维

足球运动中的球衣通常由聚酯纤维制成。聚酯纤维,指的是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),是合成纤维中的一个重要品种。它是以精对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)为原料,经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物。

聚对苯二甲酸乙二醇酯结构式:http://chem.kingdraw.cn/Shortlink?id=20221129111807

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)

聚酯(PET)纤维,也就是我们平时常说的“涤纶”,是三大合成纤维(涤纶、锦纶、腈纶)之一,也是最主要的合成纤维,广泛用于纺织工业。聚酯纤维常与其他天然纤维混合制成布料,具有防皱防撕裂,不易缩水等优点。

聚酯纤维

聚酯纤维制成的球衣

任意球喷雾器里的“秘密”

在足球场上,足球裁判会随身携带“任意球喷雾器”(Vanishing spray),主要用于任意球定位和人墙排布,喷到草地上1分钟后就会消失。喷雾由巴西人Heine Allemagne发明,2000年首次在巴西联合杯锦标赛中使用,并于2014年登上了巴西世界杯的舞台。

喷剂内含有80%的水、17%的丁烷、2%的植物油,以及1%的表面活性剂。当内容物从阀门压出时,液化的丁烷会迅速膨胀,与水和表面活性剂混合产生泡沫,喷射到需要标记的地方。丁烷快速挥发后,泡沫就会消失,草地上只会留下水和表面活性剂,不会留下可见痕迹干扰接下来的比赛。

喷雾中的主要成分丁烷,又称正丁烷,在常温常压下是一种无色、易液化、易燃的气体,与空气形成爆炸混合物。丁烷是石油裂化反应的产品之一,日常用途包括家用液化石油气、打火机和便携式丁烷气炉中作燃料,还用作溶剂、致冷剂和有机合成原料。

丁烷

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