化學(xué)實驗綠色化探討

肖 潛 蘇華墀

(1.韓山師范學(xué)院 化學(xué)系，廣東 潮州 521041；2.潮安寶山中學(xué)，廣東 潮州 515642)

1 引言

20世紀(jì)90年代美國化學(xué)學(xué)會提出綠色化學(xué)的概念，旨在利用化學(xué)技術(shù)和方法減少或消除反應(yīng)過程中產(chǎn)生的污染源。其基本思想是：從原料的選擇、方法的設(shè)計、反應(yīng)過程的操作以及最終廢棄物處理都不對環(huán)境或盡可能少地對環(huán)境造成污染，實現(xiàn)零排放和零污染[1]。

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科。作為高校化學(xué)重要的基礎(chǔ)課，化學(xué)實驗課需要使用到大量易燃、易爆、毒性較大的藥品和試劑。同時，實驗過程中也會產(chǎn)生各種有毒的廢棄物。若處理不妥當(dāng)，將會對環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。隨著招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，學(xué)生人數(shù)和化學(xué)藥品的使用量也迅速增長。因此，有必要通過綠色化學(xué)的基本思想對傳統(tǒng)的化學(xué)實驗進(jìn)行綠色化改革，在化學(xué)實驗教學(xué)中加強(qiáng)綠色化學(xué)教育，從而實現(xiàn)化學(xué)實驗的綠色化發(fā)展。

2 實現(xiàn)化學(xué)實驗綠色化的途徑

2.1 開展微量-半微量化學(xué)實驗

目前，大部分學(xué)校的化學(xué)實驗基本都是常規(guī)實驗，這類實驗的藥品用量較大，反應(yīng)時間長，既會增加實驗教學(xué)的成本，又會加重實驗環(huán)境的污染程度。近些年發(fā)展的微量化學(xué)實驗是對常規(guī)實驗的綠色化改進(jìn)和發(fā)展，它是以盡可能少的化學(xué)試劑而獲得比較明顯的反應(yīng)結(jié)果和準(zhǔn)確的化學(xué)信息的一種新型實驗方法。具有以下特點：

(1)藥品用量少，成本低，其試劑用量僅為常規(guī)實驗的十分之一至千分之一，實驗所需的時間和能耗大幅度縮小。例如，如有機(jī)實驗中“蒸餾與沸點的測定”常規(guī)實驗需試劑幾十毫升，耗時2個小時才能完成，微型化后，實驗只需 25分鐘左右。由于微型冷凝管細(xì)小輕巧，實驗效果明顯提高[2]。

(2)減少實驗污染，對使用到易燃、易爆、毒性較大藥品的實驗，能明顯減少實驗過程中給環(huán)境帶來的污染。例如，無機(jī)實驗中相關(guān)的離子鑒定實驗，通常是在試管中進(jìn)行，改進(jìn)后可以使用點滴板來替代試管，從而減少有害試劑的產(chǎn)生。

2.2 使用綠色化化學(xué)試劑

化學(xué)實驗所用的化學(xué)試劑或多或少都存在一定的毒性。即便是同一物質(zhì)的不同制備方法，所用原料的毒性也不一樣。因此有必要在設(shè)計實驗項目時，選用無毒或低毒的原料代替高毒或有毒原料。例如，無機(jī)實驗中溴離子和碘離子的鑒定，可將氯水改為綠色試劑雙氧水[3]；有機(jī)實驗中苯乙酮的制備，可用甲苯代替毒性較高的苯[4]。

2.3 開展串聯(lián)實驗

傳統(tǒng)的化學(xué)實驗獨立性較強(qiáng)，但缺乏連貫性，這樣就會因?qū)嶒炘O(shè)置的重復(fù)而加重對實驗室環(huán)境的污染。解決這一問題的方法是采用串聯(lián)實驗，通過對實驗課程的合理安排，設(shè)計前一實驗的產(chǎn)物為下一實驗的原料，既節(jié)約成本，又可減少中間環(huán)節(jié)的物料排放，在一定程度上減輕對環(huán)境的污染。例如，有機(jī)實驗“乙酰苯胺的制備”，可將反應(yīng)后得到乙酰苯胺粗產(chǎn)品回收，之后用于基本操作實驗“重結(jié)晶”，而重結(jié)晶后的乙酰苯胺又可作為有機(jī)實驗“熔點的測定”的樣品，通過熔點測定又可以檢驗學(xué)生重結(jié)晶所得產(chǎn)品的純度，達(dá)到了實驗項目的有機(jī)組合，符合綠色化學(xué)原則。

2.4 利用微波、超聲波技術(shù)實現(xiàn)化學(xué)實驗綠色化

微波作為一種新的能量形式，應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)具有能耗低、條件溫和、反應(yīng)速度快、產(chǎn)品易純化、對環(huán)境友好等優(yōu)點。特別是微波反應(yīng)中的干反應(yīng)避免了有機(jī)溶劑大量的使用，對解決環(huán)境污染具有現(xiàn)實意義。例如，阿斯匹林的合成，利用微波干反應(yīng)可取得不錯的效果[5]。與傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)方法比較，超聲波化學(xué)同樣具有操作簡便，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)效率高等優(yōu)點。因此，在化學(xué)實驗中，合理地采用微波、超聲波合成技術(shù)是進(jìn)行化學(xué)實驗綠色化工作的重要組成部分，具有重要的開發(fā)前景。

2.5 加強(qiáng)實驗廢棄物的回收和處理

盡管采取了預(yù)防措施，但化學(xué)實驗不可避免的還是會產(chǎn)生廢棄物，如果不及時妥當(dāng)處理，會極大的污染環(huán)境，同時也會對師生身體健康造成巨大危害。因此，實驗結(jié)束后對于無法再次利用的廢棄物，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識對其進(jìn)行恰當(dāng)?shù)靥幚?。例如，酸堿廢液可采用酸堿中和法；重金屬廢液可采用沉淀法等。這樣做既提高學(xué)生的環(huán)保意識，又能讓學(xué)生學(xué)以致用。

3 結(jié)語

綠色化學(xué)是化學(xué)科學(xué)發(fā)展的必然趨勢，化學(xué)實驗綠色化又是其中研究的重要內(nèi)容。我國高校應(yīng)當(dāng)積極響應(yīng)綠色化教學(xué)改革的號召，針對上述要點采取科學(xué)有效的改進(jìn)措施，在實驗教學(xué)中努力培養(yǎng)學(xué)生的“綠色化學(xué)”和“環(huán)境保護(hù)”意識，從而真正實現(xiàn)化學(xué)實驗教學(xué)過程的綠色化。

[1]卜曉莉.基礎(chǔ)化學(xué)實驗的綠色化改革初探[J].廣東化工，2013，40(7)：149.

[2]董元彥，王運，張方鈺.無機(jī)及分析化學(xué)(第三版)[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[3]黃仙良，顧玲，李俊國，等.實現(xiàn)無機(jī)及分析化學(xué)實驗綠色化的探討與實踐[J].化學(xué)試劑，2010，32(2)：186-188.

[4]洪麗雅.有機(jī)化學(xué)實驗的“綠色化”實踐[J].實驗室研究與探索，2008，27(8)：158-160.

[5]白林，陳明凱.綠色化學(xué)實驗[J].化學(xué)教育，2002，7：51-53.