浅谈实现化学实验绿色化的途径

来源 :今日湖北·中旬刊 | 被引量 : 0次 | 上传用户:anying_xu
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  摘 要 绿色化学实验是在绿色化学的思想指导下,用预防化学污染的新思想、新方法和新技术,对常规实验进行改革而形成的化学实验的新方法用尽可能少的试剂来进行实验,从而极大地减少或消除了实验室的“三废”,大大地降低了污染的程度和造成不必要的浪费,以实现绿色化学要求尽可能少的副作用的理想和目标。绿色化学实验的研究和设计将实现没有或只有很少环境副作用,对大学生环境保护意识的培养有着重要的意义,是可持续发展战略在化学实验中的具体体现。
  关键词 化学实验 绿色化 途径
  1、通过绿色化学的理论和方法来设计绿色化学实验
  绿色化学作为一门新兴的学科,尚有许多不成熟的地方,但经过近10年来的研究与探索,该领域的先驱研究者已总结出许多理论和原则。这些原则可作为化学工作者设计一个化学实验是不是绿色化学实验的指导方针和标准。
  2、通过微型化学实验实现化学实验绿色化
  微型化学实验是近30年来发展很快的一种化学实验的新方法、新技术,被誉为“化学实验的革命”。微型化学实验是着眼于环境安全和污染预防的需要,用尽可能少的药品,在微型化的仪器装置守进行的化学实验。微型化学实验不是常规实验的简单缩微或减量,而是在微型化的条件下对实验进行重新设计与探索,达到以尽可能少的试剂来获取尽可能多的化学信息和目标。微型实验试剂用量少,但与微量化学实验是不同的概念。传统上,微量化学是指微量或痕量组分定量测定方法、理论和技术,如微量分析化学。而微型化学实验包括中学化学到大学无机化学、有机化学等各类在微型装置中以少量试剂来进行的实验。所以微型化学实验的学科领域覆盖面比微量实验要宽得多。
  3、通过小量-半微量化学实验实现化学实验绿色化
  小量-半微量实验方法采用常规的小量实验仪器和设备,对普通化学实验的基本操作、基本原理、无机化合物和有机化合物的制备、综合实验采用小量化,元素及其化合物的性质实验采用半微量化。小量—半微量实验方法避免了微型化学实验的一些局限性,是在绿色化学思想指导下,用预防化学污染的新思想对常规实验进行改革而形成的实验方法。常规实验的小量化是指在不改变实验方法、不改变操作技术的前提下,采用常规的小容量仪器,药品用量减量。因为常规实验操作是经过长期的实践检验确立的,对学生尤其是化学教育专业的学生来说,无论从实验基本操作的规范化,还是强化技能训练,养成良好的科学态度与习惯方面,常规实验都是不可缺少的环节。常规实验的小量化不存在微型实验中的实验室“转型”问题,不用额外的经费投入,反而可以充分利用实验室现有的资源,因为成熟的实验技术更容易推广。
  4、通过微波化学实验实现化学实验绿色化
  利用微波技术进行的化学反应都是在商业化的家用微波炉内进行的,主要用于样品处理、无机物和有机构的合成。微波炉造价低,体积小,适用于各种实验室。根据化学反应对溶剂的选择性可将微波化学反应分为液相反应和非溶剂反应,或称湿反应和干反应。在微波炉内进行的非溶剂(干)反应,反应容器只能封闭放置或敞口放置也可在敞口容器口(烧杯、锥形瓶)盖上表面皿或自制外口塞。对于液相(湿)反应,敞口放置往往很危险,因而人们就对微波炉加以改造,设计出可以进行回流操作的微波反应装置。干反应一般在未经改造的微波炉内进行,通常格反应物分散担载在无机载体上,载体本身与微波偶合作用较弱,可以透过微波,有时还可以起到催化剂的作用。但有些干反应不需要载体,却可以得到较好的效果,如微波辐射合成阿司匹林。干反应避免扩大量有机溶剂的使用,对解决环境污染具有现实意义。因此,干反应成为微波化学反应研究的热点。
  5、通过计算机辅助设计与多媒体仿真实现化学实验绿色化
  教学实验,甚至是设计性实验中的许多步骤通常都是经过前人无数次试验并获得成功后的实验,其每一步的结果基本都可用已有理论进行预测和解释。例如,烧杯未按要求拿稳会掉到地摔碎,烧瓶中的水忘了加沸石加热时就会暴沸冲出,金质钠遇水会燃烧和爆炸,水银温度汁跌破后散落的水银会导致中毒等。对于熟悉化学理论的人来说,这些结果并不需要进行实验。但是,对于正在学习化学的学生来说,很多因忽略某些实验细节而导致的结果是很难预测和解释的,而这些细节却往往又是初学者最容易忽视的。初学者常常有这样的感觉:引起破坏性后果的实验误操作给人的印象最深。如果误操作带来的仅仅是一个烧杯的损坏,倒没什么,但如果是用爆炸或中毒并造成人身伤害等来换取对误操作的深刻印象,代价实在是太大了,为此,对于一些简单的化学实验,国内外许多高校已开发出讨算机仿真数学实验软件,初学者只需在多媒体计算机上进入虚拟现立场景像玩游戏一样,就可学到在实际操作中可能需要付出极大代价才能学到的东西。
  在设计新的绿色化学实验时,既要考虑到实验的可靠性和可重复性,又要价格经济、产生少的废物,而且要求对环境无害,其难度之大是可想而知的。因此,化学工作者在设计绿色化学实验时,要打开思路去考虑,这一点在利用计算机辅助设计有机合成领域己显示出优势。计算机可以储存大量已有化学反应的资料和数据,并能对比和判断反应的合理性和可行性,因而计算机辅助反应设计能够大大减少探索件实验的次数、减少实验过程并开发出对外境无污染的化学技术,这正是绿色化学所要达到的目的。它的做法是首先建立一个已知的、尽可能全的、有机合成反应的资料库,在确定目标产物后,找出一切产生目标产物的反应,再把这些反应的原料作为中间目标产物找出一切产生它们的反应,依此类推下去,直到得出经济可行并符合绿色化要求的原料的反应路线。在搜索过程中.计算机技制定的评估方法自动地比较所有可能的反应途径,随时排除不合适的反应,以便最终找出价廉物美、不浪费资源、不污染环境的最佳途径。计算机虽不能代替化学工作者去作决定,但能提供有力的工具,以帮助化学工作者更有效地设计,从而实现绿色化学。
  参考文献:
  [1]林宝风等编著.基础化学实验技术绿色化教程[M].北京:科学出版社,2003.
  [2]薛慰灵.绿色化学-对环境更友善的化学[M].2002.
  [3]白林.无机化学实验的小量-半微量化[J].兰州师范高等专科学报,1996.
  (作者单位: 河南省周口职业技术学院)
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