化学学科导论论文3000字高中版
化学学科导论论文3000字高中版
我高中时候的同学做了个是用重水还是普通水浇花好久得市一等奖,我当时很是诧异,你也可以做下,反正老师不知道
就调查食盐碘含量吧1、每10克食盐溶于水,加入淀粉,然后用药店买的维生素C丸滴定,看那个牌子的食盐含碘多。
很急吗?如果不急的话,推荐你写高分子降解的速度快慢与它们的单体的关系。比如,找到聚烯(薄膜袋),聚酰胺(尼龙绳),聚酯(有机玻璃)等材料,埋到土里,测量它们损毁(即降解)的时间。然后,你就可以根据降解时间的长短,判断哪些单体的高分子更容易降解,哪些更难。(比如,烯>酯>酰胺,这个是我猜的)如果很急,可以问卷调查身边的人的化学常识,可以出几道基本常识题,比如一氧化二氢是什么东西,下列物质有毒的是(A,B,C,D), 这样统计一下正确率,分析人们化学常识的误区,还可以出略地判断身边的人的化学常识是否充分。
化学学科导论论文3000字高中
人类生活的各个方面,社会发展的各种需要都与化学息息相关。首先从我们的衣、食、住、行来看,色泽鲜艳的衣料需要经过化学处理和印染,丰富多彩的合成纤维更是化学的一大贡献。要装满粮袋子,丰富菜篮子,关键之一是发展化肥和农药的生产。加工制造色香味俱佳的食品,离不开各种食品添加剂,如甜味剂、防腐剂、香料、调味剂和色素等等,它们大多是用化学合成方法或用化学分离方法从天然产物中提取出来的。现代建筑所用的水泥、石灰、油漆、玻璃和塑料等材料都是化工产品。用以代步的各种现代交通工具,不仅需要汽油、柴油作动力,还需要各种汽油添加剂、防冻剂,以及机械部分的润滑剂,这些无一不是石油化工产品。此外,人们需要的药品,洗涤剂、美容品和化妆品等日常生活必不可少的用品也都是化学制剂。可见我们的衣、食、住、行无不与化学有关,人人都需要用化学制品,可以说我们生活在化学世界里。再从社会发展来看,化学对于实现农业、工业、国防和科学技术现代化具有重要的作用。农业要大幅度的增产,农、林、牧、副、渔各业要全面发展,在很大程度上依赖于化学科学的成就。化肥、农药、植物生长激素和除草剂等化学产品,不仅可以提高产量,而且也改进了耕作方法。高效、低污染的新农药的研制,长效、复合化肥的生产,农、副业产品的综合利用和合理贮运,也都需要应用化学知识。在工业现代化和国防现代化方面,急需研制各种性能迥异的金属材料、非金属材料和高分子材料。在煤、石油和天然气的开发、炼制和综合利用中包含着极为丰富的化学知识,并已形成煤化学、石油化学等专门领域。导弹的生产、人造卫星的发射,需要很多种具有特殊性能的化学产品,如高能燃料、高能电池、高敏胶片及耐高温、耐辐射的材料等。随着科学技术和生产水平的提高以及新的实验手段和电子计算机的广泛应用,不仅化学科学本身有了突飞猛进的发展,而且由于化学与其他科学的相互渗透,相互交叉,也大大促进了其他基础科学和应用科学的发展和交叉学科的形成。目前国际上最关心的几个重大问题——环境的保护、能源的开发利用、功能材料的研制、生命过程奥秘的探索——都与化学密切相关。随着工业生产的发展,工业废气、废水和废渣越来越多,处理不当就会污染环境。全球气温变暖、臭氧层破坏和酸雨是三大环境问题,正在危及着人类的生存和发展,因此,三废的治理和利用,寻找净化环境的方法和对污染情况的监测,都是现今化学工作者的重要任务。在能源开发和利用方面,化学工作者为人类使用煤和石油曾做出了重大贡献,现在又在为开发新能源积极努力。利用太阳能和氢能源的研究工作都是化学科学研究的前沿课题。材料科学是以化学、物理和生物学等为基础的边缘科学,它主要是研究和开发具有电、磁、光和催化等各种性能的新材料,如高温超导体、非线性光学材料和功能性高分子合成材料等。生命过程中充满着各种生物化学反应,当今化学家和生物学家正在通力合作,探索生命现象的奥秘,从原子、分子水平上对生命过程做出化学的说明则是化学家的优势。总之,化学与国民经济各个部门、尖端科学技术各个领域以及人民生活各个方面都有着密切联系。它是一门重要的基础科学,它在整个自然科学中的关系和地位,正如〔美〕Pimentel G C在《化学中的机会——今天和明天》一书中指出的“化学是一门中心科学,它与杜会发展各方面的需要都有密切关系。”它不仅是化学工作者的专业知识,也是广大人民科学知识的组成部分,化学教育的普及是社会发展的需要,是提高公民文化素质的需要。
初中化学论文-浅谈初中化学课堂教学模式的研究学校的教育活动有百分之九十的时间以课堂教学形式进行的,研究课堂教学模式是教育、教学必革的重要课题。初中化学是九年义务教育的一部分,必需推进素质教育,启迪学生的思维,培养学生能力,研究初中化学课堂教学模式是十分重要。一、研究课堂教学模式的必要性21世纪的教育,应该是素质教育,教育学生学会生存、学会学习、学会关心。化学教育不能仅仅局限于化学知识的传授,而应当成为关于化学的广泛应用及社会价值的教育,要主动地适应受教育者的兴趣和目的多样性的需要。特别是初中化学属于义务教育阶段,是化学基础教育阶段,不仅仅要关心提高化学课程的理论水平。学科知识体系等学术性问题,还要特别关注每天都会接触到诸多社会生活中的化学问题,如水、食物、环境保护、能源和材料、资源等。初三化学是起始学科,仅仅设一学年,受中考(含预选)时间、分数、学校的条件等多方面因素的影响,初中化学教学时间短、任务重、适应慢、难度大,教学效果不尽人意。研究初中化学课堂教学模式,精心设计和选用一定的教学模式,精心设计和选用一定的教学模式,有利发挥教师的创造性,调动学生学习的积极性,师生共同活动,完成教学任务。二、课堂教学模式我国关于课教学模式的说法大致有三种。第一属于方法范畴,认为教学模式就是教学方法,或是多种教学方法的综合;第二、教学模式是各种教学方法在具体时间、地点在具体时间、地点和条件下表现为不同的空间结构和时间序列,从而形成不同的教学模式;第三、教学模式是人们在一定教学思想指导下,对教学结构作出的主观选择。综合各种认识下,我们所要研究的教学模式是教学过程的结构,在教学理论指导下,根据教学目标设计教学环节,配有相应教学策略和教学措施,并将教学模式具体转化为初中化学课堂教学模式。三、课堂教学模式的基本结构课堂教学模式研究的框架和主要流程:教学理论教学目标教学模式教学策略教学评价1、教学理论和教学思想任何教学模式都有一定的教学理论或教学思想为依据。教学理论和教学思想决定了教学环节的选择和教学策略和运用,明确了教学评价的指向,可以认为教模式是教学理论的一种简化形成。2、教学目标教学目标是教学活动所要达到的标准。教学目标是教学模式构成的核心因素,它对教学策略、教学程序、教学评价等起着制约作用。正确地制约作用。正确地制定教学目标,首先要转变观念,增强改革意识,树立正确的人才观。教育学生成为有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义接班人;教育学生有社会责任感;教学学生人格健全、身心健康,有合作意识和合作能力;教学学生独立自主,具有创新意识和创新能力,成为学习的主人;教育学生热爱社会主义祖国、热爱自已国家和民族的文化传统。3、教学程序教学程序是教学活动环节的顺序结构,确定教学活动中教师和学生先做什么,后做什么,应该完成的各项教学任务。4、教学策略教学策略是教学活动中为教学服务并体现教学手段和方法的原则。教学策略确定了在教学活动中师生生活动的方式、方法、任务、地位、关系等。教学策略一般可分为教师的策略,学生的策略。教学策略一般可分为演绎推理、归纳推理、联想推理、类比迁移、分层递进、形象比喻、摹仿操作、自主探究、激发支机、师生合作等 5教学评价教学评价是教学活动效果的测量。教学评价是以教学为中心,依据教学程序、教学策略、教师素质、师生活动、教学效果等方面进行评价,既要评教、评学,又要评价对课堂教学模式的应用。介绍几种课堂教学模式I、引导------探究教学模式1、教学理论布鲁纳的发现法学习理论认为:认识是一个过程,而不是一种产品。奥苏贝尔的同化理论认为:学生认知结构中新旧知识的相互作用导致新旧知识的同化,不仅使新知识获得了意义,而且知识也因得到了修饰而获得新的意义。用引导------探究的方式教会学会学生学习2、功能目标培养实事求是的科学态度,发扬探究精神,激发创造能力和可持续发展能学力。培养学生学会查阅资料、分析资料、测定和处理数据的科学方法 3、教学程序课题兴趣----素材疑问----点拔、假设、验证----评论、结论4、教学策略教的策略是分层递进,学的策略是自主探究。5、教学评价内部动机:直接经验的获得;知识只结构的形成;思维能力的培养。II、辅导------自学教学模式1、教学理论现代教学论认为大脑的情感边缘系统部分是通向持久记忆的大门,激发情感,会把学到的东西溶入记忆中去。2、功能目标调控学习过程,达到有效学习;从感知、理解、识记等方面逐步得到发展,从而达到双基落实和知识技能的提高。3、教学程序主题情感----目标阅读思考----设疑讨论质疑----反馈讲评4、教学策略教的策略:创设情境、激活思维、组织讨论、评价激励;学的策略:知识编码、有效记忆、集体效应、创造思维。5、教学评价教学目标多元化、学生从“学会”到“会学”,学习结果的检测等。 合肥市初中义务教育化学课堂教学模式卡片 设计人:朱世贤学校:安农大附中 章节:第五章第四节《二氧化碳的实验室制法》一、理论依据:学生学习知识的过程遵循“由感性到理性、由表及里、由浅及深、由此及彼”这一规律。教学思想:1、“教学主导,学生主体。”2、遵人认识规律,根据所教班级学生年龄牲和知识水平等具体情况进行教学安排。二、功能目标:充分调动学生学习化学的积极性和主动性,发展学生智力,培养自学能力(阅读、观察、思维、想象以及化学实验操作) 三、实施条件:1、学生已经获得了氢气和氢气的实验室制法初步知识,有过动手做实验的初步实践;2、本节教材的写法采用的是计论模式,便于学生学生自学;3、本节课演示实验操作简单易行,所需仪器药品均为中学化学实验常用物品。四、教学程序:1〖复习〗讨论氧气和氢气实验定制取垢比较,挂出小黑板表格:(二氧化碳为后来拼续部分)填表过程中鼓励差生发言。浅谈初中化学课堂教学模式的研究合肥市教委教研室蒯世定学校的教育活动有百分之九十的时间以课堂教学形式进行的,研究课堂教学模式是教育、教学必革的重要课题。初中化学是九年义务教育的一部分,必需推进素质教育,启迪学生的思维,培养学生能力,研究初中化学课堂教学模式是十分重要。一、研究课堂教学模式的必要性21世纪的教育,应该是素质教育,教育学生学会生存、学会学习、学会关心。化学教育不能仅仅局限于化学知识的传授,而应当成为关于化学的广泛应用及社会价值的教育,要主动地适应受教育者的兴趣和目的多样性的需要。特别是初中化学属于义务教育阶段,是化学基础教育阶段,不仅仅要关心提高化学课程的理论水平。学科知识体系等学术性问题,还要特别关注每天都会接触到诸多社会生活中的化学问题,如水、食物、环境保护、能源和材料、资源等。初三化学是起始学科,仅仅设一学年,受中考(含预选)时间、分数、学校的条件等多方面因素的影响,初中化学教学时间短、任务重、适应慢、难度大,教学效果不尽人意。研究初中化学课堂教学模式,精心设计和选用一定的教学模式,精心设计和选用一定的教学模式,有利发挥教师的创造性,调动学生学习的积极性,师生共同活动,完成教学任务。二、课堂教学模式我国关于课教学模式的说法大致有三种。第一属于方法范畴,认为教学模式就是教学方法,或是多种教学方法的综合;第二、教学模式是各种教学方法在具体时间、地点在具体时间、地点和条件下表现为不同的空间结构和时间序列,从而形成不同的教学模式;第三、教学模式是人们在一定教学思想指导下,对教学结构作出的主观选择。综合各种认识下,我们所要研究的教学模式是教学过程的结构,在教学理论指导下,根据教学目标设计教学环节,配有相应教学策略和教学措施,并将教学模式具体转化为初中化学课堂教学模式。三、课堂教学模式的基本结构 1、教学理论和教学思想任何教学模式都有一定的教学理论或教学思想为依据。教学理论和教学思想决定了教学环节的选择和教学策略和运用,明确了教学评价的指向,可以认为教模式是教学理论的一种简化形成。 2、教学目标教学目标是教学活动所要达到的标准。教学目标是教学模式构成的核心因素,它对教学策略、教学程序、教学评价等起着制约作用。正确地制约作用。正确地制定教学目标,首先要转变观念,增强改革意识,树立正确的人才观。教育学生成为有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义接班人;教育学生有社会责任感;教学学生人格健全、身心健康,有合作意识和合作能力;教学学生独立自主,具有创新意识和创新能力,成为学习的主人;教育学生热爱社会主义祖国、热爱自已国家和民族的文化传统。3、教学程序教学程序是教学活动环节的顺序结构,确定教学活动中教师和学生先做什么,后做什么,应该完成的各项教学任务。4、教学策略教学策略是教学活动中为教学服务并体现教学手段和方法的原则。教学策略确定了在教学活动中师生生活动的方式、方法、任务、地位、关系等。教学策略一般可分为教师的策略,学生的策略。教学策略一般可分为演绎推理、归纳推理、联想推理、类比迁移、分层递进、形象比喻、摹仿操作、自主探究、激发支机、师生合作等。5教学评价教学评价是教学活动效果的测量。教学评价是以教学为中心,依据教学程序、教学策略、教师素质、师生活动、教学效果等方面进行评价,既要评教、评学,又要评价对课堂教学模式的应用。 四、介绍几种课堂教学模式I、引导------探究教学模式1、教学理论布鲁纳的发现法学习理论认为:认识是一个过程,而不是一种产品。奥苏贝尔的同化理论认为:学生认知结构中新旧知识的相互作用导致新旧知识的同化,不仅使新知识获得了意义,而且知识也因得到了修饰而获得新的意义。用引导------探究的方式教会学会学生学习2、功能目标培养实事求是的科学态度,发扬探究精神,激发创造能力和可持续发展能学力。培养学生学会查阅资料、分析资料、测定和处理数据的科学方法。3、教学程序课题兴趣--→素材疑问--→点拔、假设、验证--→评论、结论4、教学策略教的策略是分层递进,学的策略是自主探究。5、教学评价内部动机:直接经验的获得;知识只结构的形成;思维能力的培养。II、辅导------自学教学模式1、教学理论现代教学论认为大脑的情感边缘系统部分是通向持久记忆的大门,激发情感,会把学到的东西溶入记忆中去。2、功能目标调控学习过程,达到有效学习;从感知、理解、识记等方面逐步得到发展,从而达到双基落实和知识技能的提高。3、教学程序主题情感--→目标阅读思考--→设疑讨论质疑--→反馈讲评4、教学策略教的策略:创设情境、激活思维、组织讨论、评价激励;学的策略:知识编码、有效记忆、集体效应、创造思维。5、教学评价教学目标多元化、学生从“学会”到“会学”,学习结果的检测等。合肥市初中义务教育化学课堂教学模式卡片设计人:朱世贤学校:安农大附中章节:第五章第四节《二氧化碳的实验室制法》一、理论依据:学生学习知识的过程遵循“由感性到理性、由表及里、由浅及深、由此及彼”这一规律。教学思想:1、“教学主导,学生主体。”2、遵人认识规律,根据所教班级学生年龄牲和知识水平等具体情况进行教学安排。二、功能目标:充分调动学生学习化学的积极性和主动性,发展学生智力,培养自学能力(阅读、观察、思维、想象以及化学实验操作)。三、实施条件:1、学生已经获得了氢气和氢气的实验室制法初步知识,有过动手做实验的初步实践;2、本节教材的写法采用的是计论模式,便于学生学生自学;3、本节课演示实验操作简单易行,所需仪器药品均为中学化学实验常用物品。四、教学程序:1〖复习〗讨论氧气和氢气实验定制取垢比较,挂出小黑板表格:(二氧化碳为后来拼续部分)填表过程中鼓励差生发言。 2、【板书】学习气体实验室制作法的思路和方法; (1)需要研究该气体实验室的化学反应原理;(2)需要研究制取该体所采取的实验装置;(3)需要研究如何验证该气体。3、【引题】通过对氧气实验室制取的比较可知:制取气体的人口选择取决于化学反应原理,收集气体的方法取决于该气体扔物理性质。下面我们要学习二氧化碳的实验室制法,请同学们运用上面所总结的学习思路和方法共同来研讨。【板书】第四节二氧化碳的实验室制法4、【讨论】已经的能够着重二氧化碳的化学反应有:木炭在空气或氧气中燃烧;加热石灰石;高温下木炭还原氧化铜;一氧化碳在空气中燃烧。【讲述】以上这些化学反应虽然都有二氧化碳产生,但在实验室里制取二氧化碳都不采用,为什么?这个问题留待课后去探讨,请同学们阅读课本93页内容:(一)实验室制取二氧化碳的化学反应原理;(二)、实验室制取二氧化碳的装置;(三)、实验室制取二氧化碳。阅读后带着下列问题观看演示实验:为什么不用普通漏斗?为什么长颈漏斗要插入液面下?回顾一下怎样证明集气瓶里已充满二氧化碳?【实验】先由教师演示检查装置的气密性操作,再请丙名化学成绩较好的学生上台做制取、收集和检验二氧化碳的实验。实验后及时讨论和讲评观察到的现象和实验操作。6、【小结】仍以表格方式用小黑板拼续在氧气和氢气的制取比较表的右面。强调制取二氧化碳的瓜原理,写化学方程式(此处是否介绍复分解反应,酌情掌握)要过细分析。7、【板书】泡沫灭火器原理(化学反应方程式)【实验】由教师演示泡沫灭火器实验,简要介绍人口装置。(若时间允许,最好能将一只报废的泡沫灭火器实物边拆边讲,以满足学生兴趣。)8、【布置作业】(1)课后思考讨论在实验室制取二氧化碳能不能用碳酸钙?在泡沫灭火器里能不能用石灰石?能不能用稀盐酸?(2)习题:课本96页2、3、4题:(3)酌情做家庭小实验。五、教学策略:综合运用讨论、启发、实验、联想、回忆等方法,突出重点,化解难点,既要活跃课堂气氛,又要兼顾课堂秩序和教学进度,在时间分配上要灵活掌握。六、教学评价:本节内容既是元素化合物知识也是实验课,是理论联系实际的好教材,教学中能利用初中生好奇、好动、最喜欢观看和亲自动手做实验的特点引导思考和讨论,对“实验室里制取二氧化碳,稀盐酸和大理石是理想的药品”和采用的是实验装置加深了理解。
化学学科导论论文3000字高中生
这篇还好你酌情看看咯当今,化学的发展非常迅速。在20世纪发现和人工合成的化合物的种类是2285万多种,是此之前发现的所有化合物总数的41倍强。但“化学家太谦虚”,20世纪化学取得的辉煌成就,并未获得社会应有的认可。1 化学所面临的挑战1 化学的形象正在被与其交叉的学科的巨大成功所埋没化学是一门中心科学,化学与生命、材料等八大朝阳科学有非常密切的联系,产生了许多重要的交叉学科,但化学作为中心学科的形象反而被其交叉学科的巨大成就所埋没。化学这门重要的中心科学(central science)反而被社会看作是伴娘科学(bridesmaid science)而不受重视。2 化学正被各种各样的环境污染问题所困扰 化学的发展在不断促进人类进步的同时,在客观上使环境污染成为可能,但是起决定性的是人的因素,最终要靠人们的认识不断提升来解决这个问题。一些著名的环境事件多数与化学有关,诸如臭氧层空洞、白色污染、酸雨和水体富营养化等;另一方面把所有的环境问题都归结为化学的原因,显然是不公平的,比如森林锐减、沙尘暴和煤的燃烧等。这当然与化学没有树立好自己的品牌有关系,在最早的化学工艺流程里面,根本没有把废气和废渣的处理纳入考虑范围,因此很多化学工艺都是会带来环境污染的。现在,有些人把化学和化工当成了污染源。人们开始厌恶化学,进而对化学产生了莫名其妙的恐惧心理,结果造成凡是有“人工添加剂”的食品都不受欢迎,有些化妆品厂家也反复强调本产品不含有任何“化学物质”。事实上,这些是对化学的偏见,监测、分析和治理环境的却恰恰是化学家。2 绿色化学是应对挑战的必然 科学不但要认识世界和改造世界,还要保护世界。化学也如此,为了应对化学所面临的挑战,提倡绿色化学是刻不容缓。1 绿色化学的概念绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学,是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护,绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动的防止化学污染,从而在根本上切断污染源,所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。2绿色化学的产生及其背景当今,可持续发展观是世人普遍认同的发展观。它强调人口、经济、社会、环境和资源的协调发展,既要发展经济,又要保护自然资源和环境,使子孙后代能永续发展。绿色化学正是基于人与自然和谐发展的可持续发展理论。在1984年,美国环保局(EPA)提出“废物最小化”,这是绿色化学的最初思想。1989年,美国环保局又提出了“污染预防”的概念。 1990年,美联邦政府通过了“防止污染行动”的法令,将污染的防止确立为国策,该法案条文中第一次出现了“绿色化学”一词。1992年,美国环保局又发布了“污染预防战略”。1995年,美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”。1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志,标志着绿色化学的正式产生。我国也紧跟世界化学发展的前沿,在1995年,中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。 3 绿色化学的核心内容原子经济性是绿色化学的核心内容,这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost(为此他曾获得了1998年度的“总统绿色化学挑战奖”的学术奖)提出的,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性,认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地减少了废物的排放。原子利用率的表达式是: 原子利用率= (预期产物的式量/反应物质的式量之和)×100% 如无公害氧化剂过氧化氢的制备可采用乙基蒽醌法,即由氢和氧在2-乙基蒽醌和Pd为催化剂作用下直接合成,2-乙基蒽醌复出并可循环使用。此反应原子利用率为100%,体现了原子经济性,减少废物的生成和排放,是典型的零排放例子。4 绿色化学的12项原则和5R原则为了简述了绿色化学的主要观点,PTAnastas和JCWaner曾提出绿色化学的12项原则,这12项原则对我们今后从事绿色化学的研究具有一定的指导作用。Ⅰ.防止——防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。 Ⅱ.讲原子经济——应该设计这样的合成程序,使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。 Ⅲ.较少有危害性的合成反应出现——无论如何要使用可以行得通的方法,使得设计合成程序只选用或产出对人体或环境毒性很小最好无毒的物质。 Ⅳ.设计要使所生成的化学产品是安全的——设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能,还应具有最小的毒性。 Ⅴ.溶剂和辅料是较安全的——尽量不同辅料(如溶剂或析出剂)当不得已使用时,尽可能应是无害的。 Ⅵ.设计中能量的使用要讲效率——尽可能降低化学过程所需能量,还应考虑对环境和经济的效益。合成程序尽可能在大气环境的温度和压强下进行。 Ⅶ.用可以回收的原料——只要技术上、经济上是可行的,原料应能回收而不是使之变坏。Ⅷ.尽量减少派生物——应尽可能避免或减少多余的衍生反应(用于保护基团或取消保护和短暂改变物理、化学过程),因为进行这些步骤需添加一些反应物同时也会产生废弃物。 Ⅸ.催化作用——催化剂(尽可能是具选择性的)比符合化学计量数的反应物更占优势。 Ⅹ.要设计降解——按设计生产的生成物,当其有效作用完成后,可以分解为无害的降解产物,在环境中不继续存在。 Ⅺ.防止污染进程能进行实时分析——需要不断发展分析方法,在实时分析、进程中监测,特别是对形成危害物质的控制上。 Ⅻ.特别是从化学反应的安全上防止事故发生——在化学过程中,反应物(包括其特定形态)的选择应着眼于使包括释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低。 为了更明确的表述绿色化学在资源使用上的要求,人们又提出了5R理论:Ⅰ.减量——Reduction 减量是从省资源少污染角度提出的。减少用量、在保护产量的情况下如何减少用量,有效途径之一是提高转化率、减少损失率。②减少“三废”排放量。主要是减少废气、废水及废弃物(副产物)排放量,必须排放标准以下。Ⅱ.重复使用——Reuse 重复使用这是降低成本和减废的需要。诸如化学工业过程中的催化剂、载体等,从一开始就应考虑有重复使用的设计。Ⅲ.回收——Recycling 回收主要包括:回收未反应的原料、副产物、助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。 Ⅵ.再生——Regeneration 再生是变废为宝,节省资源、能源,减少污染的有效途径。它要求化工产品生产在工艺设计中应考虑到有关原材料的再生利用。 Ⅴ.拒用——Rejection 拒绝使用是杜绝污染的最根本办法,它是指对一些无法替代,又无法回收、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料,拒绝在化学过程中使用。3 绿色化学的发展前景1反应原料的绿色化 即反应原料符合5R原则。2原子经济性反应 在基本有机原料的生产中,已有一些原子经济性反应的典范,如丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸和从丁二烯和氢氰酸合成己二腈等。3高效合成法 不涉及分离高效的的多步合成无疑是洁净技术的重要组成部分。提高反应的选择性———定向合成 如不对称合成。环境友好催化剂 例如在正己烷的裂解反应中,固体酸SiO2-AlCl3比普通AlCl3具有更好的选择性,更小的腐蚀性。物理方法促进化学反应 如微波引发和促进Diels Alder反应、Claisen重排、缩合等许多重要的有机反应。酶促有机化学反应 酶促有机化学反应有高效性、选择性、反应条件温和和自身对环境友好等特点。8溶剂 化学污染不仅来源于原料和产品,而且与反应介质、分离和配方中使用的溶剂有关,有毒挥发性溶剂替代品的研究是绿色化学的重要研究方向。如超临界流体、水相有机合成和室温熔盐溶剂等。计算机辅助绿色化学设计和模拟 在化学化工领域,计算机已广泛用于构效分析、结构解析、反应性预测、故障诊断及控制等许多方面。无疑,计算机在寻找符合绿色化学原则的最佳反应路线、化工过程最优化、产品设计等方面推动了绿色化学的更快发展。10环境友好产品 如可降解塑料、环境友好农药、绿色燃料、绿色涂料和CFCs替代物等。绿色化学为化学的发展注入了新的活力,在21世纪化学必将大有可为。
浅谈如何学好高中化学 化学是一门基础性,创造性和实用性的学科,是一门研究物质组成、结构、性质和变化规律的科学。是信息科学,材料科学,能源科学,环境科学,海洋科学,生命科学和空间技术等研究的重要基础。 本人在多年的教学实践中,发现很多高中学生对学习化学劲头不足,觉得化学知识规律性不强,又繁又杂,难以把握和记忆,觉得所做题目也与课本知识不相关联,经常向老师问到:究竟怎样才能学好化学?一味地要求老师教他们的学习方法,有的甚至把方法当作捷径,认为有捷径可走,我在这里明确的告诉大家:学习上无捷径可走,唯一的方法是勤学苦练。古人也说过:“书山有路勤为径,学海无涯苦作舟。”如果是有捷径走的话,一些古人,一些专家,学者老早就研究出来了,老早就著书立说了,根本沦不到我们现在还来告诉大工业家。话又说回来,学习上虽无捷径可走,但并不是说学习上需要讲究方法。不过,只有在勤学苦练的基础上才有方法可讲究。在勤学苦练的基础上怎样讲究方法呢?下面根据本人多年来的教学实践谈几点体会: 一、精读 课本是知识的依据,我们在上新课之前必须对新的内容先进行预习,对新的知识要有一个初步的了解,在老师讲授的过程中要认真听讲,弄懂所学知识。然后再进一步认真细致、逐字逐句阅读其内容,掌握其实质和含义。阅读时,应边读边思考,多联系老师课堂上的讲解和实验,多联系自己身边的生活知识,多提问题,对于自己尚不理解的疑难之处做好记号,及时请教老师和同学,基本使概念清楚明晰,基本理论理解透彻,再完成适量的作业,这样既吃透了知识,又巩固了知识,既节省了时间,又在应用时能押洒自如,如要正确地理解和灵活应用“物质的量”,就必须从下列几个有关联的概念去精读:物质的量——物质的量的单位——阿伏加德罗常数——12克碳所含的碳原子数。 二、归纳 有些同学既喜爱化学,又害怕化学,原因之一就是化学的“繁、难、乱”。我们可以学会用归纳的方法解决这些问题。 1、从有关的知识点出发,以物质的结构为主线,把所学化学知识归纳起来。例如,学习非金属及其化合物的物质时,可按下列顺序进行学习,把所学知识系统化:非金属单质的性质——它所形成的氢化物的性质——它所形成的氧化物的性质——它所形成的氢氧化物的性质——它所形成的主要盐类的性质。在每一族里具有代表性的物质,我们可以按下列顺序来学习:结构——性质——用途——制法——存在——保存等。 2、根据物质的特点,将物质进行归纳,例:与“黄色”有关的物质:S,Na 2 O 2 ,AgBr,AgP,Ag 3 PO 4 ,HNO 3 含Fe 溶解了少量Br2的溶液等。在有机物的水解方面,酯类物质既可用酸也可用碱作催化剂进行水解,蛋白质既可用酸作催化剂又可用碱化催化剂进行水解,而糖类只能用酸作催化剂水解, 只能用碱作催化剂进行水解。 3、根据一些典型的例题将解题方法进行归纳。化学上的计算主要是以“物质的量”为基础的计算,所用的数学知识也主要是涉及比和比例,二元一次方程组等,难就难在把化学原理搞清楚。要先把化学原理搞清楚了才能建立数学模型。常用的计算方法可以归纳:守恒法,十字交叉法,平均值法,估算法,极值法,转换法,变形法等。 三、巧记 1、理解记忆 知识理解透彻了,记忆得快,记忆得牢。例如,我们在记忆醛类物质的性质时,先要理解醛基是醛类物质的官能团,醛基的性质主要体现在官能团上,这时我们就可以记住醛的主要化学性质是发生加成反应和氧化反应,理解了高分子全连节的组成,就可以推出其体,我们理解了元素周期律和元素周期表的形成,就能推出元素在周期表中的位置及其主要的化学性质,这样就便于记忆。 2、归纳记忆 把知识按照一定的规律进行联想,组合或分块,可以增强记忆的兴趣和效果。如常见易液化的气体HF,NH 3 ,CL 2 ,CO 2 ,SO 2 等;通入过量CO 2 气体仍有浑浊现象的有浑浊溶液, 溶液,NaAlo 2 溶液C6H5ONa溶液, 饱和溶液等。在这一点上,可根据各自的特点,个体差异,选择不同的归纳方法,如按照元素周期表的主族进行归纳记忆,按照课本上的先后顺序进行归纳记忆等都可以。 3、比较记忆 对容易混淆、相互干扰的知识,通过比较,可分清异同,防止干扰。例如:对同位素,同不比异形体,同系物,同分异构体四种概念可列表进行对比记忆。对原子晶体,离子晶体,分子晶体,金属晶体的结构和性质等可列表对比记忆,对于Na2O和Na2O2,Na2CO3 和NaHCO3,有机物中的不同类物质之间都可以采用比较的方法进行记忆。 4、歌诀记忆 对于一些需要记忆又是无规律的化学知识和化学方法,可编成通俗,生动的歌诀来帮助记忆,如把过滤实验操作概括为“一贴,二低,三靠”,六个字包括了整个操作过程和注意事项。把氧化还原反应议程式配平的步骤编成歌诀,“标好价,找变化,求倍数,配其它”;把分液漏斗的操作概括为“下流上倒”;把洗气瓶的操作概括为“长进短出”。把电解池中阳极的变化编为“活性原子进,惰性离子出”等。 四、勤练 练习是理解消化巩固课堂知识的重要途径,练习要有目的性,针对性,不要单纯为解题而练,更不能搞题海战术。课后的练习是为课堂中作进的知识服务的,练前应回顾课堂的知识要点。分析某一习题时,要考虑用谈课堂的哪些知识要点,哪些是课堂知识的补充、延伸和发展,哪些是与旧知识一起综合运用。练后还要想一想哪些知识尚未应用于练习中,但还需要掌握。即练后要小结,把所学过的知识在头脑中再现,做到举一反三,触类旁道。 个人观点仅供参考!!!!!!!!!
化学探究式学习的探究化学是一门以实验为基础的学科,它是人们不断在实践中发现问题,研究问题,从而解决问题的过程中建立起来的。现代化学教学观认为,化学教学不仅应使学生掌握基础知识和基本技能,更应通过以化学实验为主的多种探究活动,体验科学研究的过程,激发学习化学的兴趣,强化科学探究的意识,培养学生的创新精神和实践能力。 一、探究式学习的含义与特点1.探究式学习的含义探究式学习是学生学习化学的一种重要方式,也是培养学生探究意识和提高探究能力的重要途径。探究式学习是指学生在教师指导下,以类似科学研究的方式去主动获取知识、应用知识、解决问题、形成观点的一种学习。这种学习不沉湎于纯粹的化学知识,也不直接给出结论,而是让学生在理论学习、史料阅读、问题讨论、实验操作、课题研究中获得学习的能力、掌握学习的方式,学会学习,使思想品质、道德水平、科学精神、实践能力、心理素质、审美情感得到和谐统一、全面提高。2.探究式学习的特点2.1探究式学习是针对一定的“问题”所展开的活动。因此,能够发现和正确表述所要解决的与化学有关的问题,对于增强探究式学习的目的性和针对性具有重要意义。2.2探究式学习是一种逻辑和想象相融合的活动。在实验探究过程中既需要猜测,也需要做出科学的假设,并需要通过实践来求证和检验假设。因此,探究式学习活动的开展,不仅需要学生具备一定的逻辑思维能力,而且还需要具有一定的想象能力,敢于大胆地进行猜测与假设。这对于培养学生的创新精神和实践能力有着重要的作用。2.3探究式学习是一种以科学证据为基础的活动。在这一活动中,通过获取证据、分析证据来进行预测和推理,并做出合理的解释,得出探究结论。二、化学课堂中开展探究式学习活动的一般步骤探究式学习一般来说,基本过程如下:1.提出问题教育家克莱•P•贝德福特说:“如果你用激发好奇心教他学习,他终生都会不断地学习。”问题是开启思维和发展思维的源泉,故在教学中应启发、鼓励学生在对自然现象、社会现象、实验现象产生好奇和疑问时,提出问题。提出的问题应具有探究价值,即要满足化学教学的主体——学生发展科学探究能力的需要,题目难以要适当,如果题目过易,学生不需要怎么思考就解决了;如果题目过难,学生怎么思考也解决不了。这样的问题,探究价值就很小。因此,探究价值的大小一定要从学生的实际情况来判断。例如在《石油和煤 重要的烃》[1]关于苯的学习中,在通过化学史事介绍了苯分子式后,能产生好奇:苯的结构如何?如何设计实验来验证?2.建立假设收集相关的信息,将已有的化学知识与问题相联系,尝试提出可以检验的假设。提出的假设必须符合逻辑,还需考虑到实验检验的可行性。对于长期处于被动接受学习的学生来说,让学生立即具有一定的猜想与假设能力是不现实的。为此,教师在教学中,一方面要制定培养学生猜想与假设能力的计划,使学生通过一段时间的学习和体验,逐渐转变被动学习的习惯;另一方面还要注意创设生动活泼的教学情景,在探究的氛围中,自然而然地引发学生的想象力。同时,还要对学生的猜想和假设能力给予肯定和赞赏,强化学生主动、大胆地提出猜想和假设的积极性。例如苯的分子式为C6H6,比烷烃少结合8个氢,学生产生推测:苯中可能含有碳碳双键或碳碳三键。3.设计实验方案根据探究的目的和条件,设计合适的实验方案。实验方案的设计要具有可行性,一般的要求为操作简单、现象明显、安全可靠、绿色环保等。这个过程对于学生而言,难度较大,试剂的选择、实验的条件、实验的操作及装置等都要充分的考虑,可以分小组讨论来加以解决。如确定苯的结构中是否含有碳碳双键或碳碳三键的实验中,学生结合刚讨论过的乙烯的性质,类比其中的碳碳双键,提出可用酸性高锰酸钾或溴水来检验,也有的同学用乙烯与氢气的加成反应作类比,提出用与氢气的反应来检验。准备设计苯和氢气反应的同学就要设计氢气的发生装置、以及与苯的反应装置及尾气的处理装置。苯的凯库勒式为单双键交替,在提出假设的过程中,可能遇到学生尚未学到的个别知识点,可以以“知识支持”的形式给出,例如探讨“铁及其化合物的氧化性和还原性”的实验设计中,教师可以提供常见的氧化剂和还原剂,以帮助学生对实验药品的选择和实验方案的设计。4.交流、评价实验方案同一个实验问题,可能设计出多种实验方案,这就需要对它们进行选择。此步骤可利用学生互评和教师点评的方式进行。在讨论和交流的过程中,教师要鼓励学生运用多种证据对自己的方案进行论证,引导学生倾听别人的设计方案和别人对自己的实验方案的评价意见,通过反思与自评,发现优点及存在的问题,提出进一步完善和改进的方案。这实际上是学生共同学习的过程。如苯的实验设计中,就要考虑苯与氢气反应的可行性,可能需要加热、加压、催化剂(与乙烯做类比),让学生自己比较这些方案的可操作性,得出最优方案。5.实施实验方案使用相关的试剂和仪器,进行实验,获取实验事实和证据。实验的过程中,要事先设计表格和随时进行实验记录,对药品的正确使用和存放、实验装置的正确连接、实验条件的准确控制,都有较高的要求。较复杂的实验方案的实施,如氯气的实验室制法的讨论,可采用分组实验的形式,2~4位同学共同协作,教师随时指点,保证实验的顺利进行(Cl2有毒,设计实验时应充分考虑,如采用尾气的吸收、在通风橱中进行等有效措施)。6.结论与评价结论的得出是以一定的事实和证据为基础的一个总结性的判断。用语言、文字、图表、模型等方式表达探究的过程和结果,交流自己的探究成果,与同学进行评议。对实验的情况,要组织学生交流实验经验,总结实验教训。教师对实验中出现的问题、实验结果要及时做出评判,分析实验成败及其原因,肯定学生的成绩,鼓励学生继续探索,并通过学生实验成果展示,激励更多的学生参与化学实验探索。
材料科学导论论文3000字高中版
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高分子材料的制品属於最年轻的材料它不仅遍及各个工业领域,另外,(材料科学)里面的资料,让你找找自己的灵感
土木工程概论论文对土木工程的发展起关键作用的,首先是作为工程物质基础的土木建筑材料,其次是随之发展起来的设计理论和施工技术。每当出现新的优良的建筑材料时,土木工程就 会有飞跃式的发展。 人们在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动,后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料,使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。中国在公元前十一世纪 的西周初期制造出瓦。最早的砖出现在公元前五世纪至公元前三世纪战国时的墓室中。砖和瓦具有比土更优越的力学性能,可以就地取材,而又易于加工制作。 砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技术得到了飞速的发展。直至18~19世纪,在长达两千多年时间里,砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料,为人类文明作出了伟大的贡献,甚至在目前还被广泛采用。 钢材的大量应用是土木工程的第二次飞跃。 十七世纪70年代开始使用生铁、十九世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房屋,这是钢结构出现的前奏。 从十九世纪中叶开始,冶金业冶炼并轧制出抗拉和抗压强度都很高、延性好、质量均匀的建筑钢材,随后又生产出高强度钢丝、钢索 。于是适应发展需要的钢结构得到蓬勃发展。除应用原有的粱、拱结构外,新兴的桁架、框架、网架结构、悬索结构逐渐推广,出现了结构形式百花争艳的局面。 建筑物跨径从砖结构、石结构、木结构的几米、几十米发展到钢结构的百米、几百米,直到现代的千米以上。于是在大江、海峡上架起大桥,在地面上建造起摩天大楼和高耸铁塔,甚至在地面下铺设铁路,创造出前所未有的奇迹。 为适应钢结构工程发展的需要,在牛顿力学的基础上,材料力学、结构力学、工程结构设计理论等就应运而生。施工机械、施工技术和施工组织设计的理论也随之发展,土木工程从经验上升成为科学,在工程实践和基础理论方面都面貌一新,从而促成了土木工程更迅速的发展。 十九世纪20年代,波特兰水泥制成后,混凝土问世了。混凝土骨料可以就地取材,混凝土构件易于成型,但混凝土的抗拉强度很小,用途受到限制。 十九世纪中叶以后,钢铁产量激增,随之出现了钢筋混凝土这种新型的复合建筑材料,其中钢筋承担拉力,混凝土承担压力,发挥了各自的优点。 二十世纪初以来,钢筋混凝土广泛应用于土木工程的各个领域。 从三十年代开始,出现了预应力混凝土。预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力,大大高于钢筋混凝土结构,因而用途更为广阔。土木工程进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期。混凝土的出现给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式,使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论。这是土木工程的又一次飞跃发展。 建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段,需要运用工程地质勘察、水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑设备、工程机械、建筑经济等学科和施工技术、施工组织等领域的知识 ,以及电子计算机和力学测试等技术。因而土木工程是一门范围广阔的综合性学科。随着科学技术的进步和工程实践的发展,土木工程这个学科也已发展成为内涵广泛、门类众多、结构复杂的综合体系。 土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的。它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌,因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。 远古时代,人们就开始修筑简陋的房舍、道路、桥梁和沟澶,以满足简单的生活和生产需要。后来,人们为了适应战争、生产和生活以及宗教传播的需要,兴建了城池、运河、宫殿、寺庙以及其他各种建筑物。 许多著名的工程设施显示出人类在这个历史时期的创造力。例如,中国的长城、都江堰、大运河、赵州桥、应县木塔,埃及的金字塔,希腊的巴台农神庙,罗马的给水工程、科洛西姆圆形竞技场(罗马大斗兽场),以及其他许多著名的教堂、宫殿等。 产业革命以后,特别是到了20世纪,一方面社会向土木工程提出了新的需求;另一方面,社会各个领域为土木工程的前进创造了良好的条件。因而这个时期的土木工程得到突飞猛进的发展。在世界各地出现了现代化规模宏大的工业厂房、摩天大厦,核电站、高速公路和铁路、大跨桥梁、大直径运输管道长隧道、大运河、大堤坝、大飞机场、大海港以及海洋工程等等。现代土木工程不断地为人类社会创造崭新的物质环境,成为人类社会现代文明的重要组成部分。 土木工程是具有很强的实践性的学科。在早期,土木工程是通过工程实践,总结成功的经验,尤其是吸取失败的教训发展起来的。从17世纪开始,以伽利略和牛顿为先导的近代力学同土木工程实践结合起来,逐渐形成材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学,作为土木工程的基础理论的学科。这样土木工程才逐渐从经验发展成为科学。 在土木工程的发展过程中,工程实践经验常先行于理论,工程事故常显示出未能预见的新因素,触发新理论的研究和发展。至今不少工程问题的处理,在很大程度上仍然依靠实践经验。 土木工程技术的发展之所以主要凭借工程实践而不是凭借科学试验和理论研究,有两个原因:一是有些客观情况过于复杂,难以如实地进行室内实验或现场测试和理论分析。例如,地基基础、隧道及地下工程的受力和变形的状态及其随时间的变化,至今还需要参考工程经验进行分析判断。二是只有进行新的工程实践,才能揭示新的问题。例如,建造了高层建筑、高耸塔桅和大跨桥梁等,工程的抗风和抗震问题突出了,才能发展出这方面的新理论和技术。在土木工程的长期实践中,人们不仅对房屋建筑艺术给予很大注意,取得了卓越的成就;而且对其他工程设施,也通过选用不同的建筑材料,例如采用石料、钢材和钢筋混凝土,配合自然环境建造了许多在艺术上十分优美、功能上又十分良好的工程。古代中国的万里长城,现代世界上的许多电视塔和斜张桥,都是这方面的例子。 字数好像不到,不好意思
化学学科导论论文3000字高中标题
关键词规范 关键词是反映论文主题概念的词或词组,通常以与正文不同的字体字号编排在摘要下方。一般每篇可选3~8个,多个关键词之间用分号分隔,按词条的外延(概念范围)层次从大到小排列。 关键词一般是名词性的词或词组,个别情况下也有动词性的词或词组。 应标注与中文关键词对应的英文关键词。编排上中文在前,外文在后。中文关键词前以“关键词:”或“[关键词]”作为标识;英文关键词前以“Key words:”作为标识。 关键词应尽量从国家标准《汉语主题词表》中选用;未被词表收录的新学科、新技术中的重要术语和地区、人物、文献等名称,也可作为关键词标注。关键词应采用能覆盖论文主要内容的通用技术词条。选择关键词的方法 关键词的一般选择方法是:由作者在完成论文写作后,从其题名、层次标题和正文(出现频率较高且比较关键的词)中选出来。 论文正文 要点⑴引言:引言又称前言、序言和导言,用在论文的开头。引言一般要概括地写出作者意图,说明选题的目的和意义,并指出论文写作的范围。引言要短小精悍、紧扣主题。 〈2)论文正文:正文是论文的主体,正文应包括论点、论据、论证过程和结论。主体部分包括以下内容:提出问题-论点;分析问题-论据和论证;解决问题-论证方法与步骤;结论。 为了做到层次分明、脉络清晰,常常将正文部分分成几个大的段落。这些段落即所谓逻辑段,一个逻辑段可包含几个小逻辑段,一个小逻辑段可包含一个或几个自然段,使正文形成若干层次。论文的层次不宜过多,一般不超过五级。
化学发展史论文一、化学的前奏1.人类文明的起点——火的利用在几百万年以前,人类过着极其简单的原始生活,靠狩猎为生,吃的是生肉和野果。根据考古学家的考证,至少在距今50 万年以前,可以找到人类用火的证据,即北京周口店北京猿人生活过的地方发现了经火烧过的动物骨骼化石。有了火,原始人从此告别了茹毛饮血的生活。吃了熟食后人类增进了健康,智力也有所发展,提高了生存能力。后来,人们又学会了摩擦生火和钻木取火,这样,火就可以随身携带了。于是,人们不再是火种的看管者,而成了能够驾驭火的造火者。火是人类用来发明工具和创造财富的武器,利用火能够产生各种各样化学反应这个特点,人类开始了制陶、冶金、酿造等工艺,进入了广阔的生产、生活天地。2.历史悠久的工艺——制陶陶器是什么时候产生的,已很难考证。对陶器的由来,说法不一,有人推测:人类最原始的生活用容器是用树枝编成的,为了使它耐火和致密无缝,往往在容器的内外抹上一层粘土。这些容器在使用过程中,偶尔会被火烧着,其中的树枝都被烧掉了,但粘土不会着火,不但仍旧保留下来,而且变得更坚硬,比火烧前更好用。这一偶然事件却给人们很大启发。后来,人们干脆不再用树枝做骨架,开始有意识地将粘土捣碎,用水调和,揉捏到很软的程度,再塑造成各种形状,放在太阳光底下晒干,最后架在篝火上烧制成最初的陶器。大约距今1 万年以前,中国开始出现烧制陶器的窑,成为最早生产陶器的国家。陶器的发明,在制造技木上是一个重大的突破。制陶过程改变了粘土的性质,使粘土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙(gài)、氧化镁(měi)等在烧制过程中发生了一系列的化学变化,使陶器具备了防水耐用的优良性质。因此陶器不但有新的技术意义,而且有新的经济意又。它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法,陶制的纺轮、陶刀、陶挫等工具也在生产中发挥了重要的作用,同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。因此,陶器很快成为人类生活和生产的必需品,特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。3.冶金化学的兴起在新石器时代后期,人类开始使用金属代替石器制造工具。使用得最多的是红铜。但这种天然资源毕竟有限,于是,产生了从矿石冶炼金属的冶金学。最先冶炼的是铜矿,约公元前3800 年,伊朗就开始将铜矿石(孔雀石)和木炭混合在一起加热,得到了金属铜。纯铜的质地比较软,用它制造的工具和兵器的质量都不够好。在此基础上改进后,便出现了青铜器。到了公元前3000~前2500 年,除了冶炼铜以外,又炼出了锡(xī) 和铅(qiān)两种金属。往纯铜中掺入锡,可使铜的熔点降低到800℃左右,这样一来,铸造起来就比较容易了。铜和锡的合金称为青铜(有时也含有铅),它的硬度高,适合制造生产工具。青铜做的兵器,硬而锋利,青铜做的生产工具也远比红铜好,还出现了青铜铸造的铜币。中国在铸造青铜器上有过很大的成就,如殷朝前期的“司母戊”鼎。它是一种礼器,是世界上最大的出土青铜器。又如战国时的编钟,称得上古代在音乐上的伟大创造。因此,青铜器的出现,推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展,把社会文明向前推进了一步。世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度,中国在春秋时代晚期(公元前6 世纪)已炼出可供浇铸的生铁。最早的时候用木炭炼铁,木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。铁被广泛用于制造犁铧、铁■(一种锄草工具)、铁锛等农具以及铁鼎等器物,当然也用于制造兵器。到了公元前8~前7 世纪,欧洲等才相继进入了铁器时代。由于铁比青铜更坚硬,炼铁的原料也远比铜矿丰富,在绝大部分地方,铁器代替了青铜器。4.中国的重大贡献——火药和造纸黑火药是中国古代四大发明之一。为什么要把它叫做“黑火药”呢?这还要从它所用的原料谈起。火药的三种原料是硫磺、硝(xiāo)石和木炭。木炭是黑色的,因此,制成的火药也是黑色的,叫黑火药。火药的性质是容易着火,因此可以和火联系起来,但是这个“药”字又怎样理解呢?原来,硫磺和硝石在古代都是治病用的药,因此,黑火药便可理解为黑色的会着火的药。火药的发明与中国西汉时期的炼丹术有关,炼丹的目的是寻求长生不老的药,在炼丹的原料中,就有硫磺和硝石。炼丹的方法是把硫磺和硝石放在炼丹炉中,长时间地用火炼制。在许多次炼丹过程中,曾出现过一次又一次地着火和爆炸现象,经过这样多次试验终于找到了配制火药的方法。黑火药发明以后就与炼丹脱离了关系,一直被用在军事上。古代人打仗,近距离时用刀枪,远距离时用弓箭。有了黑火药以后,从宋朝开始,便出现了各种新式武器,例如用弓发射的火药包。火药包有火球和火蒺藜两种,用火将药线点着,把火药包抛出去,利用燃烧和爆炸杀伤对方。大约在公元8 世纪,中国的炼丹术传到了阿拉伯,火药的配制方法也传了过去,后来又传到了欧洲。这样,中国的火药成了现代炸药的“老祖宗”。这是中国的伟大发明之一。纸是人类保存知识和传播文化的工具,是中华民族对人类文明的重大贡献。在使用植物纤维制造的纸以前,中国古代传播文字的方法主要有:在甲骨(乌龟的腹甲和牛骨)上刻字,即所谓的甲骨文;甲骨数量有限,后来改在竹简或木简上刻字。可是,孔子写的《论语》所用的竹简之多,份量之重是可想而知的;另外,用丝织成帛(bó),也可以用来写字,但大量生产帛却是难以做到的。最后才有了用植物纤维制造的纸,一直流传到今天。1957 年5 月,中国考古工作者在陕西省西安市灞(bà)桥的一座古代墓葬中发现一些米黄色的古纸。经鉴定这种纸主要由大麻纤维制造,其年代不会晚于汉武帝(公元前156~公元前87 年),这是现存的世界上最早的植物纤维纸。提起纸的发明,人们都会想起蔡伦。他是汉和帝时的中常侍。他看到当时写字用的竹简太笨重,便总结了前人造纸的经验,带领工匠用树皮、麻头、破布、破鱼网等做原料,先把它们剪碎或切断,放在水里长时间浸泡,再捣烂成为浆状物,然后在席子上摊成薄片,放在太阳底下晒干,便制成了纸。它质薄体轻,适合写字,很受欢迎。造纸是一个极其复杂的化学工艺,它是广大劳动人民智慧的产物。实际上,蔡伦之前已经有纸了,因此,蔡伦只能算是造纸工艺的改良者。5.炼丹术与炼金术当封建社会发展到一定的阶段,生产力有了较大提高的时候,统治阶级对物质享受的要求也越来越高,皇帝和贵族自然而然地产生了两种奢望:第一是希望掌握更多的财富,供他们享乐;第二,当他们有了巨大的财富以后,总希望永远享用下去。于是,便有了长生不老的愿望。例如,秦始皇统一中国以后,便迫不及待地寻求长生不老药,不但让徐福等人出海寻找,还召集了一大帮方士(炼丹家)日日夜夜为他炼制丹砂——长生不老药。炼金家想要点石成金(即用人工方法制造金银)。他们认为,可以通过某种手段把铜、铅、锡、铁等贱金属转变为金、银等贵金属。像希腊的炼金家就把铜、铅、锡、铁熔化成一种合金,然后把它放入多硫化钙溶液中浸泡。于是,在合金表面便形成了一层硫化锡,它的颜色酷似黄金(现在,金黄色的硫化锡被称为金粉,可用作古建筑等的金色涂料)。这祥,炼金家主观地认为“黄金”已经炼成了。实际上,这种仅从表面颜色而不从本质来判断物质变化的方法,是自欺欺人。他们从未达到过“点石成金”的目的。虔诚的炼丹家和炼金家的目的虽然没有达到,但是他们辛勤的劳动并没有完全白费。他们长年累月置身在被毒气、烟尘笼罩的简陋的“化学实验室”中,应该说是第一批专心致志地探索化学科学奥秘的“化学家”。他们为化学学科的建立积累了相当丰富的经验和失败的教训,甚至总结出一些化学反应的规律。例如中国炼丹家葛洪从炼丹实践中提出:“丹砂(硫化汞)烧之成水银,积变(把硫和水银二者放在一起)又还成(交成)丹砂。”这是一种化学变化规律的总结,即“物质之间可以用人工的方法互相转变”。炼丹家和炼金家夜以继日地在做这些最原始的化学实验,必定需要大批实验器具,于是,他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热锅、烧杯及过滤装置等。他们还根据当时的需要,制造出很多化学药剂、有用的合金或治病的药,其中很多都是今天常用的酸、碱和盐。为了把试验的方法和经过记录下来,他们还创造了许多技术名词,写下了许多著作。正是这些理论、化学实验方法、化学仪器以及炼丹、炼金著作,开挖了化学这门科学的先河。从这些史实可见,炼丹家和炼金家对化学的兴起和发展是有功绩的,后世之人决不能因为他们“追求长生不老和点石成金”而嘲弄他们,应该把他们敬为开拓化学科学的先驱。因此,在英语中化学家(chemist)与炼金家(alchemist)两个名词极为相近,其真正的含义是“化学源于炼金术”。二、创建近代化学理论——探索物质结构世界是由物质构成的,但是,物质又是由什么组成的呢?最早尝试解答这个问题的是我国商朝末年的西伯昌(约公元前1140 年),他认为:“易有太极,易生两仪,两仪生四象,四象生八卦。”以阴阳八卦来解释物质的组成。约公元前1400 年,西方的自然哲学提出了物质结构的思想。希腊的泰立斯认为水是万物之母;黑拉克里特斯认为,万物是由火生成的;亚里士多德在《发生和消灭》一书中论证物质构造时,以四种“原性”作为自然界最原始的性质,它们是热、冷、干、湿,把它们成对地组合起来,便形成了四种“元素”,即火、气、水、土,然后构成了各种物质。上面这些论证都未能触及物质结构的本质。在化学发展的历史上,是英国的波义耳第一次给元素下了一个明确的定义。他指出:“元素是构成物质的基本,它可以与其他元素相结合,形成化合物。但是,如果把元素从化合物中分离出来以后,它便不能再被分解为任何比它更简单的东西了。”波义耳还主张,不应该单纯把化学看作是一种制造金属、药物等从事工艺的经验性技艺,而应把它看成一门科学。因此,波义耳被认为是将化学确立为科学的人。人类对物质结构的认识是永无止境的,物质是由元素构成的,那么,元素又是由什么构成的呢?1803 年,英国化学家道尔顿创立的原子学说进一步解答了这个问题。原子学说的主要内容有三点:1.一切元素都是由不能再分割和不能毁灭的微粒所组成,这种微粒称为原子;2.同一种元素的原子的性质和质量都相同,不同元素的原子的性质和质量不同;3.一定数目的两种不同元素化合以后,便形成化合物。原子学说成功地解释了不少化学现象。随后意大利化学家阿佛加德罗又于1811 年提出了分子学说,进一步补充和发展了道尔顿的原子学说。他认为,许多物质往往不是以原子的形式存在,而是以分子的形式存在,例如氧气是以两个氧原子组成的氧分子,而化合物实际上都是分子。从此以后,化学由宏观进入到微观的层次,使化学研究建立在原子和分子水平的基础上。三、现代化学的兴起19 世纪末,物理学上出现了三大发现,即X 射线、放射性和电子。这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念,从而打开了原子和原子核内部结构的大门,揭露了微观世界中更深层次的奥秘。热力学等物理学理论引入化学以后,利用化学平衡和反应速度的概念,可以判断化学反应中物质转化的方向和条件,从而开始建立了物理化学,把化学从理论上提高到了一个新的水平。在量子力学建立的基础上发展起来的化学键(分子中原子之间的结合力)理论,使人类进一步了解了分子结构与性能的关系,大大地促进了化学与材料科学的联系,为发展材料科学提供了理论依据。化学与社会的关系也日益密切。化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题,用化学的知识来分析和解决社会问题,例如能源危机、粮食问题、环境污染等。化学与其他学科的相互交叉与渗透,产生了很多边缘学科,如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等,使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。化学也为人类的衣、食、住、行提供了数不清的物质保证,在改善人民生活,提高人类的健康水平方面作出了应有的贡献。现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上,发展成为多分支学科的科学,开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学为分支学科的化学学科。化学家这位“分子建筑师”将运用善变之手,为全人类创造今日之大厦、明日之环宇。2.元素发现史上的两次奇迹及科学方法研究陕西省渭南师范专科学校化学系张文根化学发展史上,从个人发现新元素的数量方面讲,出现过两次奇迹。值得研究的是,两次奇迹基本上都采用了类似的科学研究方法。1.戴维与新元素的发现英国化学家戴维(H·Davy,1778~1829)出生于木刻匠家庭,从小就喜爱化学实验。他曾用自己的身体试验氧化亚氮(笑气)气体的毒性,发现其麻醉性,使医学外科手术发生了重大改途;他还发明了安全矿灯,解决了因火焰引起的瓦斯爆炸,对19 世纪欧洲煤矿的安全开采做出了有益的贡献。但是,他一生最辉煌的成就莫过于新元素的发现。1799 年,意大利物理学家伏特(A·Volta)发现了金属活动顺序,并应用其发明了伏特电池。次年,英国化学家尼科尔森(W.Nicholson)和卡里斯尔(A·Carlisle)利用伏特电池成功地分解了水。从此,电在化学研究中的应用引起了科学家的广泛关注。1806 年,戴维对前人有关电的研究进行了总结,预言这种手段除可以把水分解为氢气和氧气外,还可能分解其他物质,这一科学思想使他把电与物质组成联系起来,从而导致了一系列新元素的发现。1777 年之前,对于碱类和碱土类物质的化学成分,人们普遍认为具有元素性质,是不能再分解的。法国化学家拉瓦锡(A·L·Lavoisier)创立氧化理论之后,则认为这两类物质都可能是氧化物。1807 年,戴维决心用实验来证实拉瓦锡的见解,同时也想验证一下自己预言的正确性。最初他用苛性钾或苛性钠的饱和溶液实验,发现碱没有变化,只和水电解结果一样。通过分析,他认为应该排除水这个干扰因素。于是改用熔融苛性钾,结果发现阴极白金丝周围出现了燃烧更旺的火焰,说明由于加热温度过高,分解出的产物立刻又被燃烧了。后来他换用碳酸钾并通以强电流,但阴极上出现的金属颗粒还是很快被烧掉了。最后,他总结教训,在密闭坩埚内电解熔融苛性钾,终于拿到了一种银白色金属,并进行性质实验,发现在水中能剧烈反应,出现淡紫色火焰,显然是该金属与水作用放出氢气的结果。山此,戴维判断这是一种新金属,取名为钾。不久,他又从苛性苏打中电解出了金属钠。次年,用同样方法,他从苦土(MgO)、石灰、菱锶矿(SrCO3)和重晶石(BaCO3)中分别又发现了新元素镁、钙、锶和钡。1807 年12 月,尽管当时英法两国正进行着战争,法国皇帝拿破仑仍然颁发勋章,以嘉奖戴维的卓越成就。但是,戴维并没有因此骄傲起来。金属钾被发现以后,他由该金属可从水中分解出氢气受到后发,认为钾也应该能够分解其他物质。于是在1808 年,他将钾与无水硼酸混合,在铜管中加热,得到了青灰色的非金属硼。这样,不到两年,戴维就发现了7 种新元素。如果加上他1810 年和1813 年确定的氯元素和碘元素,戴维一生发现和确认的元素就有9 种。这一成就在他去逝之前的52 个元素发现史上,无人能与其媲美。2.西博格与新元素的合成美国化学家西博格(G.T.Seeborg,1912~)的家庭境况和戴维差不多。依靠打工,他读完了高中和大学,并以出色的学习成绩,获得了著名科学家路易斯的赏识,随后便成为路易斯的得力助手和合作者,完成了许多重要研究。他热爱化学和物理学,决心在核化学领域做出非凡成绩。本世纪初,电子、X 射线和放射性的发现,打开了原子不可分的大门。1929 年,美国物理学家劳伦斯(E.O.Lawrence)在加利福尼亚大学发明■计出了回旋粒子加速器,从而取得了大大提高轰击粒子动能的手段,使新元素不断被发现和合成,仅1934 年至1937 年就有二百多种人工放射性同位素出现。到1939 年,在92 号铀元素之前,只剩下61 号和85号两个空位了。所以,人们已不在关心元素周期表中的空格补缺,而将精力转移到铀后面元素的发现和合成上。3.金刚石的老知识和新知识吴国庆(北京师范大学化学系100875)早在1879 年,SmithsonTennant 已经发现,金刚石燃烧的产物是碳的氧化物,故金刚石是碳的单质。1913 年,Bragg 父子用X-衍射实验测定了金刚石的晶体结构。证实通常的天然金刚石属于立方晶系,其晶胞为面心立方,一个晶胞里有8 个碳原子(一个点阵点为两个碳原子)。每个碳原子周围有四十呈四面体排列的碳原子,健长为154pm。然而应当指出,在殒石里发现的金刚石却是六方晶系的。两种晶体的差别不在于碳原子的杂化类型(sp3),而在于排列方式不同引起晶体的对称性不同。金刚石被人类当作宝石而珍藏,据说已有3000 年的历史。经过琢磨的金刚石称为钻石,它密度大(51g·cm-3),是已知物质中最坚硬的(莫氏硬度10);它对光的透明度好,折射率高,琢磨适当的钻石能反射出更多的光而显得格外耀眼;高色散性还使钻石有‘光彩’,这是白光被钻石色散成单色光所致。金刚石的色散值是天然宝石里最高的。利用色散值的差别可以把金刚石跟很象它的锆石(ZrsiO4)区分开来。天然金刚石有的无色,有的则呈美而的蓝、黄、棕、绿等色,还有的呈黑色。理论研究证实,纯净的金刚石应当是无色的。它可以透过各种不同波长的光(包括红外和紫外)。这是因为把金刚石晶体里的电子从基恣激发到最低能量的激发恣需要4电子伏特的能量,远大于可见光的能量(7—10电子伏特)。当金刚石里掺杂氮,能量从原来的4 降到2 左右,随氮原子的含量的增高,由于热运动引起的氮能级的宽度的差别,吸收不同波长的可见光,呈现黄(C/N=105:1)、绿(C/N=103:1)色,氮原子继续增多,所有可见光都会被吸收掉,便得到黑色的金刚石。在好长一个时期里,人们认为蓝色的金刚石是由于其中掺杂铝引起的。后来经美国通用电气公司的实验室证实,金刚石的蓝色是由其中不到百万分之一的硼引起的。他们发现,蓝色的金刚石是有导电性的。这可以解释为:硼原子的存在可以使碳的价带电子进入硼(受主)能级而在价帝里留下空穴,引起空穴导电。而铝的掺杂不可能有这种性质。金刚石的颜色还可因掺杂原子引起所谓的“色心”(又称F 心)而引起。这类金刚石的颜色会因加热、辐照而改交,有的还有荧光。习惯上钻石的质量按克拉(1 克拉等于200 毫克)计算。一颗钻石,超过10 克拉,就已很稀罕很珍贵了。至今最大的一颗金刚石是1906 年开采出来的‘非洲之星’,3025 克拉。世界上最大的一颗钻石则是称为‘蒙兀儿大帝’的,加工前重780 克拉。人们梦想合成金刚石已经有很长的历史了。这种梦想的推动力一开始就是为了人工造出珍贵的钻石。因为天然的金刚石太少了。地球化学研究证实,自然界里的碳只有当熔化的岩百在3 万个大气压的高压下,才能以金刚石的方式结晶出来,有时生成金刚石的压力竟高到60000 个大气压。这样大的压力只有在地面下60—100 公里的深外才存在,从这样深的地方翻到地秃表层来的岩石太少了。开采金刚石需要很大的投资。那种从地表找到一颗金刚石的机会是极其稀少的。而开采出来的天然金刚12 石,只有很少就其质量而言可以加工成钻石,多数是灰色或黑色的。并不透明,有的内部夹杂有石墨,无法琢磨出钻石。最早尝试人工合成金刚石的报导在1880 年。而第一个宣称合成金刚石的是著名的法国实验化学家莫瓦桑(H·Moissan)。他以当时已有的化学知识预计,尚未制得的单质氟的化学性质极其活泼,若用它来及其迅猛地夺取碳氢化台物里的氢,就有可能把余留下的碳转变成金刚石。结果,他费了数年的光阴,克服了重重困难,真的制出了活泼的氟,取得了同的代人不可多得的巨大成就(他因此以及由此开拓的氟化学而得到诺贝尔奖金)。然而,当他实施氟和烃类的反应时,既使是在超低温下,也以猛烈的爆炸告终,一无所得。惨重的失败并未动摇过莫瓦桑人工制造金刚石的信念。后来,他从地球化学家那里得知了自然界石墨转化成金刚石的高温高压的条件,便设计了一种模拟天然过程的用石墨造金刚石的实验。他把石墨溶进熔融的铁,然后令铁急速地冷却。企图通过液恣的铁转化成固态的铁时产生的巨大内压,把石墨转化成金刚石。这种想法,粗想起来是蛮有道理的。因而莫瓦桑叫他的学生们,一次又一次地把这种实验得到的产品用无机酸把铁溶解掉,从黑乎乎的固恣残渣里寻找金刚石。后来,‘真的’从中发现了透明的“金刚石”。其中一颗被命名为法国卢浮宫里的著名钻石——摄政王同名的金刚石至今仍然在莫瓦桑的实验室里展览。莫瓦桑曾经两度在报上发表他已成功地制得金刚石。鉴于莫瓦桑的崇高威信,一时间引起了全球的轰动,穷人为之欢呼雀跃,富人为之垂头丧气。后来虽有著名氟化学家O·Ruff 在1915 年以及Parsons 在1920年宣称重复了莫瓦桑的实验制得了金刚石,却始终不能拿出足以令人信服的证据。到本世纪50 年代,有人从理论上论证了金刚石在高温高压下生成的临界条件,根本地否定了莫瓦桑设计的实验取得成功的可能性。据说,莫瓦桑的人造金刚石是他的学生被逼得无奈,投进酸洗后的黑色残渣里的天然金刚石。也有人报导,莫瓦桑得到的只是碳化硅或尖晶石(MgAl2O4)。首先在理论上计算合成金刚石的热力学条件的是R·Berman。简单地说,他的计算就是建立石墨转化为金刚石相图。计算的结果是:如果以温度为横坐标,压力为纵坐标,可以在图上划出一条由左下方向右上方延伸的近似的直线,在直线的下方是石墨的稳定区(对金刚石则是热力学的介稳区),在直线的上方则是金刚石的稔定区(对石墨则力介稳区)。若温度和压力正好外于直线上则是金刚石和石墨的平衡转化点。这张图表明,例如在1200—1500K 的温度范围内,要使石墨转化为金刚石的压力需要达到3×109-2×109Pa(4—5 万大气压)。值得指出的是,在教学讨论中,我们常常发现有人误解高温对合成金刚石的作用。应当注意,根据上述的石墨转化为金刚石的相图,如前所述,相平衡线的斜率是正值。这就是说,反应温度越高,需要的压力也就越高。若单考虑温度,结论应当是:(就热力学而言)温度越高,石墨越不容易转化为金刚石。这也可以从只考虑温度不考虑压力的Gibbs—Helmholtz 方程(△G=△H-T△S)看出。标恣下石黑转化为金刚石是吸热反应(△H>0),熵变△S<0(∴-T△S>0),因此温度越高,石墨转化为金刚石的自由能越大,即自发趋势越小。加压有利于转化是不难理解的。这是由于石墨的密度比金刚石的小,转化是体积减小的过程。因此,转化反应所需的高温只是为了提高速度。事实上,在高温高压下合成金刚石也是需要催化剂的。无催化剂时,石墨直接转化为金刚石的实验条件是2700℃,13GPa;利用Ni—Co—Fe 合金加入少量的硫、钛、铝等,可使转化温度降到950℃,压力降到4GPa。金属为什么能够催化石墨转化为金刚石的反应?这是一个引人入胜的问题。在已经提出的理论中有两种十分形象。一种是金属的表面作用的理论:金属镍属于面心立方晶体。镍原子的二维密置层的法线方向是立方晶胞的对角13 线方向,在晶体学上称为(111)方向,而每个镍原子周围有6 个镍原子的二维密置层则称为(111)面。面上的镍原子形成的正三角形的边长为249pm,跟石墨的二维面上的碳原子形成的三角形的边长(246pm)十分接近。当金属镍的表面正好是(111)面而又正好对着石墨的二维平面肘,镍原子便和碳原子之间一对一地形成化学键(石墨的碳原子的与二维平面垂直的2pz 轨道里的单电子进入镍原子的只有单电子的3d轨道),结果把石墨的二维平面上的半数碳原子拉向镍的表面,在高压下,石墨的层间距从335pm 被压缩,从而使碳原子的杂化类型由sp2 转化为sp3(见图1)。铁、钴、镍及其合金的晶体结构相似,因此都是石墨转化为金刚石的催化剂。另一种理论认为石墨中的碳原子可以单个地进入金属原子之间的四面体空隙,并在金属原子的作用下使其原子轨道杂化成sp3,碳原子通过扩散遇到另一碳原子形成金刚石。图1 石墨在金属表面原子的作用下转化为金刚石50 年代初,在美国和瑞典成立了两个人造金刚石的研究小组,分别在1954 和1953 年合成了金 回答者
化学发展史论文一、化学的前奏1.人类文明的起点——火的利用在几百万年以前,人类过着极其简单的原始生活,靠狩猎为生,吃的是生肉和野果。根据考古学家的考证,至少在距今50 万年以前,可以找到人类用火的证据,即北京周口店北京猿人生活过的地方发现了经火烧过的动物骨骼化石。有了火,原始人从此告别了茹毛饮血的生活。吃了熟食后人类增进了健康,智力也有所发展,提高了生存能力。后来,人们又学会了摩擦生火和钻木取火,这样,火就可以随身携带了。于是,人们不再是火种的看管者,而成了能够驾驭火的造火者。火是人类用来发明工具和创造财富的武器,利用火能够产生各种各样化学反应这个特点,人类开始了制陶、冶金、酿造等工艺,进入了广阔的生产、生活天地。2.历史悠久的工艺——制陶陶器是什么时候产生的,已很难考证。对陶器的由来,说法不一,有人推测:人类最原始的生活用容器是用树枝编成的,为了使它耐火和致密无缝,往往在容器的内外抹上一层粘土。这些容器在使用过程中,偶尔会被火烧着,其中的树枝都被烧掉了,但粘土不会着火,不但仍旧保留下来,而且变得更坚硬,比火烧前更好用。这一偶然事件却给人们很大启发。后来,人们干脆不再用树枝做骨架,开始有意识地将粘土捣碎,用水调和,揉捏到很软的程度,再塑造成各种形状,放在太阳光底下晒干,最后架在篝火上烧制成最初的陶器。大约距今1 万年以前,中国开始出现烧制陶器的窑,成为最早生产陶器的国家。陶器的发明,在制造技木上是一个重大的突破。制陶过程改变了粘土的性质,使粘土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙(gài)、氧化镁(měi)等在烧制过程中发生了一系列的化学变化,使陶器具备了防水耐用的优良性质。因此陶器不但有新的技术意义,而且有新的经济意又。它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法,陶制的纺轮、陶刀、陶挫等工具也在生产中发挥了重要的作用,同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。因此,陶器很快成为人类生活和生产的必需品,特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。3.冶金化学的兴起在新石器时代后期,人类开始使用金属代替石器制造工具。使用得最多的是红铜。但这种天然资源毕竟有限,于是,产生了从矿石冶炼金属的冶金学。最先冶炼的是铜矿,约公元前3800 年,伊朗就开始将铜矿石(孔雀石)和木炭混合在一起加热,得到了金属铜。纯铜的质地比较软,用它制造的工具和兵器的质量都不够好。在此基础上改进后,便出现了青铜器。到了公元前3000~前2500 年,除了冶炼铜以外,又炼出了锡(xī) 和铅(qiān)两种金属。往纯铜中掺入锡,可使铜的熔点降低到800℃左右,这样一来,铸造起来就比较容易了。铜和锡的合金称为青铜(有时也含有铅),它的硬度高,适合制造生产工具。青铜做的兵器,硬而锋利,青铜做的生产工具也远比红铜好,还出现了青铜铸造的铜币。中国在铸造青铜器上有过很大的成就,如殷朝前期的“司母戊”鼎。它是一种礼器,是世界上最大的出土青铜器。又如战国时的编钟,称得上古代在音乐上的伟大创造。因此,青铜器的出现,推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展,把社会文明向前推进了一步。世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度,中国在春秋时代晚期(公元前6 世纪)已炼出可供浇铸的生铁。最早的时候用木炭炼铁,木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。铁被广泛用于制造犁铧、铁■(一种锄草工具)、铁锛等农具以及铁鼎等器物,当然也用于制造兵器。到了公元前8~前7 世纪,欧洲等才相继进入了铁器时代。由于铁比青铜更坚硬,炼铁的原料也远比铜矿丰富,在绝大部分地方,铁器代替了青铜器。4.中国的重大贡献——火药和造纸黑火药是中国古代四大发明之一。为什么要把它叫做“黑火药”呢?这还要从它所用的原料谈起。火药的三种原料是硫磺、硝(xiāo)石和木炭。木炭是黑色的,因此,制成的火药也是黑色的,叫黑火药。火药的性质是容易着火,因此可以和火联系起来,但是这个“药”字又怎样理解呢?原来,硫磺和硝石在古代都是治病用的药,因此,黑火药便可理解为黑色的会着火的药。火药的发明与中国西汉时期的炼丹术有关,炼丹的目的是寻求长生不老的药,在炼丹的原料中,就有硫磺和硝石。炼丹的方法是把硫磺和硝石放在炼丹炉中,长时间地用火炼制。在许多次炼丹过程中,曾出现过一次又一次地着火和爆炸现象,经过这样多次试验终于找到了配制火药的方法。黑火药发明以后就与炼丹脱离了关系,一直被用在军事上。古代人打仗,近距离时用刀枪,远距离时用弓箭。有了黑火药以后,从宋朝开始,便出现了各种新式武器,例如用弓发射的火药包。火药包有火球和火蒺藜两种,用火将药线点着,把火药包抛出去,利用燃烧和爆炸杀伤对方。大约在公元8 世纪,中国的炼丹术传到了阿拉伯,火药的配制方法也传了过去,后来又传到了欧洲。这样,中国的火药成了现代炸药的“老祖宗”。这是中国的伟大发明之一。纸是人类保存知识和传播文化的工具,是中华民族对人类文明的重大贡献。在使用植物纤维制造的纸以前,中国古代传播文字的方法主要有:在甲骨(乌龟的腹甲和牛骨)上刻字,即所谓的甲骨文;甲骨数量有限,后来改在竹简或木简上刻字。可是,孔子写的《论语》所用的竹简之多,份量之重是可想而知的;另外,用丝织成帛(bó),也可以用来写字,但大量生产帛却是难以做到的。最后才有了用植物纤维制造的纸,一直流传到今天。1957 年5 月,中国考古工作者在陕西省西安市灞(bà)桥的一座古代墓葬中发现一些米黄色的古纸。经鉴定这种纸主要由大麻纤维制造,其年代不会晚于汉武帝(公元前156~公元前87 年),这是现存的世界上最早的植物纤维纸。提起纸的发明,人们都会想起蔡伦。他是汉和帝时的中常侍。他看到当时写字用的竹简太笨重,便总结了前人造纸的经验,带领工匠用树皮、麻头、破布、破鱼网等做原料,先把它们剪碎或切断,放在水里长时间浸泡,再捣烂成为浆状物,然后在席子上摊成薄片,放在太阳底下晒干,便制成了纸。它质薄体轻,适合写字,很受欢迎。造纸是一个极其复杂的化学工艺,它是广大劳动人民智慧的产物。实际上,蔡伦之前已经有纸了,因此,蔡伦只能算是造纸工艺的改良者。5.炼丹术与炼金术当封建社会发展到一定的阶段,生产力有了较大提高的时候,统治阶级对物质享受的要求也越来越高,皇帝和贵族自然而然地产生了两种奢望:第一是希望掌握更多的财富,供他们享乐;第二,当他们有了巨大的财富以后,总希望永远享用下去。于是,便有了长生不老的愿望。例如,秦始皇统一中国以后,便迫不及待地寻求长生不老药,不但让徐福等人出海寻找,还召集了一大帮方士(炼丹家)日日夜夜为他炼制丹砂——长生不老药。炼金家想要点石成金(即用人工方法制造金银)。他们认为,可以通过某种手段把铜、铅、锡、铁等贱金属转变为金、银等贵金属。像希腊的炼金家就把铜、铅、锡、铁熔化成一种合金,然后把它放入多硫化钙溶液中浸泡。于是,在合金表面便形成了一层硫化锡,它的颜色酷似黄金(现在,金黄色的硫化锡被称为金粉,可用作古建筑等的金色涂料)。这祥,炼金家主观地认为“黄金”已经炼成了。实际上,这种仅从表面颜色而不从本质来判断物质变化的方法,是自欺欺人。他们从未达到过“点石成金”的目的。虔诚的炼丹家和炼金家的目的虽然没有达到,但是他们辛勤的劳动并没有完全白费。他们长年累月置身在被毒气、烟尘笼罩的简陋的“化学实验室”中,应该说是第一批专心致志地探索化学科学奥秘的“化学家”。他们为化学学科的建立积累了相当丰富的经验和失败的教训,甚至总结出一些化学反应的规律。例如中国炼丹家葛洪从炼丹实践中提出:“丹砂(硫化汞)烧之成水银,积变(把硫和水银二者放在一起)又还成(交成)丹砂。”这是一种化学变化规律的总结,即“物质之间可以用人工的方法互相转变”。炼丹家和炼金家夜以继日地在做这些最原始的化学实验,必定需要大批实验器具,于是,他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热锅、烧杯及过滤装置等。他们还根据当时的需要,制造出很多化学药剂、有用的合金或治病的药,其中很多都是今天常用的酸、碱和盐。为了把试验的方法和经过记录下来,他们还创造了许多技术名词,写下了许多著作。正是这些理论、化学实验方法、化学仪器以及炼丹、炼金著作,开挖了化学这门科学的先河。从这些史实可见,炼丹家和炼金家对化学的兴起和发展是有功绩的,后世之人决不能因为他们“追求长生不老和点石成金”而嘲弄他们,应该把他们敬为开拓化学科学的先驱。因此,在英语中化学家(chemist)与炼金家(alchemist)两个名词极为相近,其真正的含义是“化学源于炼金术”。二、创建近代化学理论——探索物质结构世界是由物质构成的,但是,物质又是由什么组成的呢?最早尝试解答这个问题的是我国商朝末年的西伯昌(约公元前1140 年),他认为:“易有太极,易生两仪,两仪生四象,四象生八卦。”以阴阳八卦来解释物质的组成。约公元前1400 年,西方的自然哲学提出了物质结构的思想。希腊的泰立斯认为水是万物之母;黑拉克里特斯认为,万物是由火生成的;亚里士多德在《发生和消灭》一书中论证物质构造时,以四种“原性”作为自然界最原始的性质,它们是热、冷、干、湿,把它们成对地组合起来,便形成了四种“元素”,即火、气、水、土,然后构成了各种物质。上面这些论证都未能触及物质结构的本质。在化学发展的历史上,是英国的波义耳第一次给元素下了一个明确的定义。他指出:“元素是构成物质的基本,它可以与其他元素相结合,形成化合物。但是,如果把元素从化合物中分离出来以后,它便不能再被分解为任何比它更简单的东西了。”波义耳还主张,不应该单纯把化学看作是一种制造金属、药物等从事工艺的经验性技艺,而应把它看成一门科学。因此,波义耳被认为是将化学确立为科学的人。人类对物质结构的认识是永无止境的,物质是由元素构成的,那么,元素又是由什么构成的呢?1803 年,英国化学家道尔顿创立的原子学说进一步解答了这个问题。原子学说的主要内容有三点:1.一切元素都是由不能再分割和不能毁灭的微粒所组成,这种微粒称为原子;2.同一种元素的原子的性质和质量都相同,不同元素的原子的性质和质量不同;3.一定数目的两种不同元素化合以后,便形成化合物。原子学说成功地解释了不少化学现象。随后意大利化学家阿佛加德罗又于1811 年提出了分子学说,进一步补充和发展了道尔顿的原子学说。他认为,许多物质往往不是以原子的形式存在,而是以分子的形式存在,例如氧气是以两个氧原子组成的氧分子,而化合物实际上都是分子。从此以后,化学由宏观进入到微观的层次,使化学研究建立在原子和分子水平的基础上。三、现代化学的兴起19 世纪末,物理学上出现了三大发现,即X 射线、放射性和电子。这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念,从而打开了原子和原子核内部结构的大门,揭露了微观世界中更深层次的奥秘。热力学等物理学理论引入化学以后,利用化学平衡和反应速度的概念,可以判断化学反应中物质转化的方向和条件,从而开始建立了物理化学,把化学从理论上提高到了一个新的水平。在量子力学建立的基础上发展起来的化学键(分子中原子之间的结合力)理论,使人类进一步了解了分子结构与性能的关系,大大地促进了化学与材料科学的联系,为发展材料科学提供了理论依据。化学与社会的关系也日益密切。化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题,用化学的知识来分析和解决社会问题,例如能源危机、粮食问题、环境污染等。化学与其他学科的相互交叉与渗透,产生了很多边缘学科,如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等,使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。化学也为人类的衣、食、住、行提供了数不清的物质保证,在改善人民生活,提高人类的健康水平方面作出了应有的贡献。现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上,发展成为多分支学科的科学,开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学为分支学科的化学学科。化学家这位“分子建筑师”将运用善变之手,为全人类创造今日之大厦、明日之环宇。2.元素发现史上的两次奇迹及科学方法研究陕西省渭南师范专科学校化学系张文根化学发展史上,从个人发现新元素的数量方面讲,出现过两次奇迹。值得研究的是,两次奇迹基本上都采用了类似的科学研究方法。1.戴维与新元素的发现英国化学家戴维(H·Davy,1778~1829)出生于木刻匠家庭,从小就喜爱化学实验。他曾用自己的身体试验氧化亚氮(笑气)气体的毒性,发现其麻醉性,使医学外科手术发生了重大改途;他还发明了安全矿灯,解决了因火焰引起的瓦斯爆炸,对19 世纪欧洲煤矿的安全开采做出了有益的贡献。但是,他一生最辉煌的成就莫过于新元素的发现。1799 年,意大利物理学家伏特(A·Volta)发现了金属活动顺序,并应用其发明了伏特电池。次年,英国化学家尼科尔森(W.Nicholson)和卡里斯尔(A·Carlisle)利用伏特电池成功地分解了水。从此,电在化学研究中的应用引起了科学家的广泛关注。1806 年,戴维对前人有关电的研究进行了总结,预言这种手段除可以把水分解为氢气和氧气外,还可能分解其他物质,这一科学思想使他把电与物质组成联系起来,从而导致了一系列新元素的发现。1777 年之前,对于碱类和碱土类物质的化学成分,人们普遍认为具有元素性质,是不能再分解的。法国化学家拉瓦锡(A·L·Lavoisier)创立氧化理论之后,则认为这两类物质都可能是氧化物。1807 年,戴维决心用实验来证实拉瓦锡的见解,同时也想验证一下自己预言的正确性。最初他用苛性钾或苛性钠的饱和溶液实验,发现碱没有变化,只和水电解结果一样。通过分析,他认为应该排除水这个干扰因素。于是改用熔融苛性钾,结果发现阴极白金丝周围出现了燃烧更旺的火焰,说明由于加热温度过高,分解出的产物立刻又被燃烧了。后来他换用碳酸钾并通以强电流,但阴极上出现的金属颗粒还是很快被烧掉了。最后,他总结教训,在密闭坩埚内电解熔融苛性钾,终于拿到了一种银白色金属,并进行性质实验,发现在水中能剧烈反应,出现淡紫色火焰,显然是该金属与水作用放出氢气的结果。山此,戴维判断这是一种新金属,取名为钾。不久,他又从苛性苏打中电解出了金属钠。次年,用同样方法,他从苦土(MgO)、石灰、菱锶矿(SrCO3)和重晶石(BaCO3)中分别又发现了新元素镁、钙、锶和钡。1807 年12 月,尽管当时英法两国正进行着战争,法国皇帝拿破仑仍然颁发勋章,以嘉奖戴维的卓越成就。但是,戴维并没有因此骄傲起来。金属钾被发现以后,他由该金属可从水中分解出氢气受到后发,认为钾也应该能够分解其他物质。于是在1808 年,他将钾与无水硼酸混合,在铜管中加热,得到了青灰色的非金属硼。这样,不到两年,戴维就发现了7 种新元素。如果加上他1810 年和1813 年确定的氯元素和碘元素,戴维一生发现和确认的元素就有9 种。这一成就在他去逝之前的52 个元素发现史上,无人能与其媲美。2.西博格与新元素的合成美国化学家西博格(G.T.Seeborg,1912~)的家庭境况和戴维差不多。依靠打工,他读完了高中和大学,并以出色的学习成绩,获得了著名科学家路易斯的赏识,随后便成为路易斯的得力助手和合作者,完成了许多重要研究。他热爱化学和物理学,决心在核化学领域做出非凡成绩。本世纪初,电子、X 射线和放射性的发现,打开了原子不可分的大门。1929 年,美国物理学家劳伦斯(E.O.Lawrence)在加利福尼亚大学发明■计出了回旋粒子加速器,从而取得了大大提高轰击粒子动能的手段,使新元素不断被发现和合成,仅1934 年至1937 年就有二百多种人工放射性同位素出现。到1939 年,在92 号铀元素之前,只剩下61 号和85号两个空位了。所以,人们已不在关心元素周期表中的空格补缺,而将精力转移到铀后面元素的发现和合成上。3.金刚石的老知识和新知识吴国庆(北京师范大学化学系100875)早在1879 年,SmithsonTennant 已经发现,金刚石燃烧的产物是碳的氧化物,故金刚石是碳的单质。1913 年,Bragg 父子用X-衍射实验测定了金刚石的晶体结构。证实通常的天然金刚石属于立方晶系,其晶胞为面心立方,一个晶胞里有8 个碳原子(一个点阵点为两个碳原子)。每个碳原子周围有四十呈四面体排列的碳原子,健长为154pm。然而应当指出,在殒石里发现的金刚石却是六方晶系的。两种晶体的差别不在于碳原子的杂化类型(sp3),而在于排列方式不同引起晶体的对称性不同。金刚石被人类当作宝石而珍藏,据说已有3000 年的历史。经过琢磨的金刚石称为钻石,它密度大(51g·cm-3),是已知物质中最坚硬的(莫氏硬度10);它对光的透明度好,折射率高,琢磨适当的钻石能反射出更多的光而显得格外耀眼;高色散性还使钻石有‘光彩’,这是白光被钻石色散成单色光所致。金刚石的色散值是天然宝石里最高的。利用色散值的差别可以把金刚石跟很象它的锆石(ZrsiO4)区分开来。天然金刚石有的无色,有的则呈美而的蓝、黄、棕、绿等色,还有的呈黑色。理论研究证实,纯净的金刚石应当是无色的。它可以透过各种不同波长的光(包括红外和紫外)。这是因为把金刚石晶体里的电子从基恣激发到最低能量的激发恣需要4电子伏特的能量,远大于可见光的能量(7—10电子伏特)。当金刚石里掺杂氮,能量从原来的4 降到2 左右,随氮原子的含量的增高,由于热运动引起的氮能级的宽度的差别,吸收不同波长的可见光,呈现黄(C/N=105:1)、绿(C/N=103:1)色,氮原子继续增多,所有可见光都会被吸收掉,便得到黑色的金刚石。在好长一个时期里,人们认为蓝色的金刚石是由于其中掺杂铝引起的。后来经美国通用电气公司的实验室证实,金刚石的蓝色是由其中不到百万分之一的硼引起的。他们发现,蓝色的金刚石是有导电性的。这可以解释为:硼原子的存在可以使碳的价带电子进入硼(受主)能级而在价帝里留下空穴,引起空穴导电。而铝的掺杂不可能有这种性质。金刚石的颜色还可因掺杂原子引起所谓的“色心”(又称F 心)而引起。这类金刚石的颜色会因加热、辐照而改交,有的还有荧光。习惯上钻石的质量按克拉(1 克拉等于200 毫克)计算。一颗钻石,超过10 克拉,就已很稀罕很珍贵了。至今最大的一颗金刚石是1906 年开采出来的‘非洲之星’,3025 克拉。世界上最大的一颗钻石则是称为‘蒙兀儿大帝’的,加工前重780 克拉。人们梦想合成金刚石已经有很长的历史了。这种梦想的推动力一开始就是为了人工造出珍贵的钻石。因为天然的金刚石太少了。地球化学研究证实,自然界里的碳只有当熔化的岩百在3 万个大气压的高压下,才能以金刚石的方式结晶出来,有时生成金刚石的压力竟高到60000 个大气压。这样大的压力只有在地面下60—100 公里的深外才存在,从这样深的地方翻到地秃表层来的岩石太少了。开采金刚石需要很大的投资。那种从地表找到一颗金刚石的机会是极其稀少的。而开采出来的天然金刚12 石,只有很少就其质量而言可以加工成钻石,多数是灰色或黑色的。并不透明,有的内部夹杂有石墨,无法琢磨出钻石。最早尝试人工合成金刚石的报导在1880 年。而第一个宣称合成金刚石的是著名的法国实验化学家莫瓦桑(H·Moissan)。他以当时已有的化学知识预计,尚未制得的单质氟的化学性质极其活泼,若用它来及其迅猛地夺取碳氢化台物里的氢,就有可能把余留下的碳转变成金刚石。结果,他费了数年的光阴,克服了重重困难,真的制出了活泼的氟,取得了同的代人不可多得的巨大成就(他因此以及由此开拓的氟化学而得到诺贝尔奖金)。然而,当他实施氟和烃类的反应时,既使是在超低温下,也以猛烈的爆炸告终,一无所得。惨重的失败并未动摇过莫瓦桑人工制造金刚石的信念。后来,他从地球化学家那里得知了自然界石墨转化成金刚石的高温高压的条件,便设计了一种模拟天然过程的用石墨造金刚石的实验。他把石墨溶进熔融的铁,然后令铁急速地冷却。企图通过液恣的铁转化成固态的铁时产生的巨大内压,把石墨转化成金刚石。这种想法,粗想起来是蛮有道理的。因而莫瓦桑叫他的学生们,一次又一次地把这种实验得到的产品用无机酸把铁溶解掉,从黑乎乎的固恣残渣里寻找金刚石。后来,‘真的’从中发现了透明的“金刚石”。其中一颗被命名为法国卢浮宫里的著名钻石——摄政王同名的金刚石至今仍然在莫瓦桑的实验室里展览。莫瓦桑曾经两度在报上发表他已成功地制得金刚石。鉴于莫瓦桑的崇高威信,一时间引起了全球的轰动,穷人为之欢呼雀跃,富人为之垂头丧气。后来虽有著名氟化学家O·Ruff 在1915 年以及Parsons 在1920年宣称重复了莫瓦桑的实验制得了金刚石,却始终不能拿出足以令人信服的证据。到本世纪50 年代,有人从理论上论证了金刚石在高温高压下生成的临界条件,根本地否定了莫瓦桑设计的实验取得成功的可能性。据说,莫瓦桑的人造金刚石是他的学生被逼得无奈,投进酸洗后的黑色残渣里的天然金刚石。也有人报导,莫瓦桑得到的只是碳化硅或尖晶石(MgAl2O4)。首先在理论上计算合成金刚石的热力学条件的是R·Berman。简单地说,他的计算就是建立石墨转化为金刚石相图。计算的结果是:如果以温度为横坐标,压力为纵坐标,可以在图上划出一条由左下方向右上方延伸的近似的直线,在直线的下方是石墨的稳定区(对金刚石则是热力学的介稳区),在直线的上方则是金刚石的稔定区(对石墨则力介稳区)。若温度和压力正好外于直线上则是金刚石和石墨的平衡转化点。这张图表明,例如在1200—1500K 的温度范围内,要使石墨转化为金刚石的压力需要达到3×109-2×109Pa(4—5 万大气压)。值得指出的是,在教学讨论中,我们常常发现有人误解高温对合成金刚石的作用。应当注意,根据上述的石墨转化为金刚石的相图,如前所述,相平衡线的斜率是正值。这就是说,反应温度越高,需要的压力也就越高。若单考虑温度,结论应当是:(就热力学而言)温度越高,石墨越不容易转化为金刚石。这也可以从只考虑温度不考虑压力的Gibbs—Helmholtz 方程(△G=△H-T△S)看出。标恣下石黑转化为金刚石是吸热反应(△H>0),熵变△S<0(∴-T△S>0),因此温度越高,石墨转化为金刚石的自由能越大,即自发趋势越小。加压有利于转化是不难理解的。这是由于石墨的密度比金刚石的小,转化是体积减小的过程。因此,转化反应所需的高温只是为了提高速度。事实上,在高温高压下合成金刚石也是需要催化剂的。无催化剂时,石墨直接转化为金刚石的实验条件是2700℃,13GPa;利用Ni—Co—Fe 合金加入少量的硫、钛、铝等,可使转化温度降到950℃,压力降到4GPa。金属为什么能够催化石墨转化为金刚石的反应?这是一个引人入胜的问题。在已经提出的理论中有两种十分形象。一种是金属的表面作用的理论:金属镍属于面心立方晶体。镍原子的二维密置层的法线方向是立方晶胞的对角13 线方向,在晶体学上称为(111)方向,而每个镍原子周围有6 个镍原子的二维密置层则称为(111)面。面上的镍原子形成的正三角形的边长为249pm,跟石墨的二维面上的碳原子形成的三角形的边长(246pm)十分接近。当金属镍的表面正好是(111)面而又正好对着石墨的二维平面肘,镍原子便和碳原子之间一对一地形成化学键(石墨的碳原子的与二维平面垂直的2pz 轨道里的单电子进入镍原子的只有单电子的3d轨道),结果把石墨的二维平面上的半数碳原子拉向镍的表面,在高压下,石墨的层间距从335pm 被压缩,从而使碳原子的杂化类型由sp2 转化为sp3(见图1)。铁、钴、镍及其合金的晶体结构相似,因此都是石墨转化为金刚石的催化剂。另一种理论认为石墨中的碳原子可以单个地进入金属原子之间的四面体空隙,并在金属原子的作用下使其原子轨道杂化成sp3,碳原子通过扩散遇到另一碳原子形成金刚石。图1 石墨在金属表面原子的作用下转化为金刚石50 年代初,在美国和瑞典成立了两个人造金刚石的研究小组,分别在1954 和1953 年合成了金
化学专业成教毕业论文参考题目一、教学法方向1.国外化学课程改革的历史及发展趋势研究2.我国化学课程改革的历史及发展趋势研究3.国外典型化学课程、教材的基本理念和内容体系研究4.我国化学新课标教材专题内容的横向比较研究5.我国高中化学新课标必修教材和选修教材的功能定位和内容体系研究6.我国高中化学新课标教材中各个栏目的教学价值、活动设计和教学策略研究7.科学探究的本质及科学探究教学的有效策略研究8.初、高中化学新课标教材的内容衔接研究9.化学实验教学的理论和实践研究化学教师的教学理念和教学行为研究试论化学教学的艺术化学基础理论的教学策略研究化学基本概念的教学策略研究元素化合物的教学策略研究高中化学课程资源的开发策略研究——以《某***节内容为例》教学反思与化学教师的专业成长有效探究教学设计初探——以《某***节内容为例》化学教学中的科学方法教育初、高中学生化学学习兴趣、动机的研究高一新生化学学习障碍的成因分析研究农村学生化学学习动机的调查研究论化学教材中插图的价值与使用策略化学教学中实施绿色化学教育的策略研究化学新课程教学中的问题与对策初探基于观念建构的化学基本概念教学策略——以《******》教学为例化学教师的教学理念与教学行为一致性程度研究先行组织者理论在化学教学中的应用研究科学探究中的科学本质教育化学教师的科学探究观调查研究有效实施科学探究的教学设计策略研究论化学探究性学习的评价性问题化学课堂教学逻辑设计的问题探讨新课程背景下教学设计中存在的问题与对策探讨新课程背景下高中化学教师教学行为的适应性研究论化学课堂提问的优化化学教师对模型的认识与应用研究合作学习在化学实验教学中的案例初探中学化学教学中的环境及可持续发展教育室内空气污染的来源,对人体健康的影响及防治对策研究试论光化学烟雾的形成条件、机理、危害及防治措施化学教学中开展研究性学习案例初探中学化学实验绿色化研究论高中化学章节间的结构联系污染中有机污染物的调查及处理试论多媒体教学手段在中学化学教学中的应用 自考课程免费试听试论我国的酸雨问题及防治对策化学学困生的成因及防治策略有效利用化学史的教学策略例谈教学中化学与其它学科的综合试论有效学习情境创设的有效策略 二、分析化学方向1.化学与食品安全2.化学与农药残留 3.化学与环境4.化学与现代农业5.化学与生命6.微量元素与人体健康 7.维生素与人体健康8.化学与能源和资源的利用9.浅谈在化学教学中绿色化学观念的渗透10.环境教育在中学教学中的意义11.溶液酸碱度的表示法----PH值的教学研究与设计12.浅谈化学定性分析实验在中学化学教学中的重要性13.如何增强化学定性分析实验的趣味性 三、物理化学方向1.各种体系的状态性质加和性的比较研究2.热力学公式导出条件与应用条件分析3.三相平衡线的热力学分析4.热力学标准态和标准热力学函数5.胶体分散系的稳定理论评述6.反应进度的概念及在物理化学中的应用7.根据热力学原理讨论浓度对化学平衡的影响 8.中学化学教学中有关化学平衡原理的探讨9.中学化学教学中有关化学反应速率知识的探讨10.“化学反应原理”模块教学方法探讨11.新课标体系中《化学反应原理》模块知识解析——化学反应的方向和限度 四、结构化学方向1.利用一维势箱模型处理共轭体系2.波函数与电子云3.电子运动的宏观性与微观性4.电子结构与元素周期律5.第二周期双原子分子及其离子共价键结构比较6.几种典型分子化学键的比较与探讨7.有关氢键理论研究的现状及前景8.金属晶体的堆积型式与点阵型式9.离子晶体的堆积型式与点阵型式 五、有机化学方向 《化学必修2》模块中有机化合物知识内容变化及教学策略探究 高中课程标准选修模块《有机化学基础》教材内容建构3 近三年来新课标高考理综有机化学试题分析研究 在新课程中有机化学实验教学研究 有机化学实验教学中绿色化学教育的实践6.烷、烯或炔制备的改进(可选其中之一) 新课程理念下有机化学教学改革方式探索8.“苯、芳香烃"课堂教学探讨9.有机分子不饱和度的计算及在解题中的应用10.试论中学有机化合物的教学特点11.如何增加有机化学实验的趣味性12.有机实验在有机化学教学中的作用13.如何在“煤和石油”的教学中让学生了解我国的石化工业14.含氧有机化合物教学中结构与性质关系的探讨15.中学有机实验改进意见16.影响有机物水溶性因素的探讨17.有机物命名中常见的错误18.搞好有机化学复习的几点体会19.有机化合物的同分异构现象20.有机化合物的酸碱性及其结构因素21.中学有机化学教学中注重与实际联系的点滴做法