淺談物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化”

趙　威

(營(yíng)口理工學(xué)院,遼寧　營(yíng)口　115014)

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淺談物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化”

趙威

(營(yíng)口理工學(xué)院,遼寧營(yíng)口115014)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等院校一門重要的基礎(chǔ)課，重在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能、科研創(chuàng)新意識(shí)。而實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積累，形成重要的污染源。本文主要論述了通過(guò)藥品的使用，儀器的擺放，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革，實(shí)驗(yàn)室管理等，在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識(shí)，實(shí)現(xiàn)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的“綠色化”教學(xué)，從而培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)同綠色化學(xué)，成為未來(lái)綠色化學(xué)的“實(shí)踐人”。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)；綠色化

綠色化學(xué)又稱環(huán)境友好化學(xué)，是利用化學(xué)的技術(shù)與方法來(lái)降低或消除化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用中有害物質(zhì)的產(chǎn)生與使用，使設(shè)計(jì)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和產(chǎn)品更加環(huán)保友好[1]。其中高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室是承擔(dān)教學(xué)與科研的主要場(chǎng)所，日積月累，產(chǎn)生的廢液、廢氣、廢渣對(duì)環(huán)境的污染與傷害也是不容忽視的。為了減少這些物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染與傷害，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化是必不可少的。而化學(xué)實(shí)驗(yàn)則是體現(xiàn)綠色化學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生綠色意識(shí)的主要途徑，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中逐步培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展意識(shí)，樹(shù)立正確的人生觀、價(jià)值觀，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)行為習(xí)慣。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等院?；瘜W(xué)類及其相關(guān)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課，主要應(yīng)用相關(guān)的儀器及對(duì)應(yīng)的測(cè)試手段研究化學(xué)反應(yīng)的基本規(guī)律，它綜合了化學(xué)領(lǐng)域中基礎(chǔ)學(xué)科所需的基本研究工具和方法，與物理化學(xué)課程緊密相連，是一門讓理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，科研能力以及緊密的邏輯思維中起著重要作用。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中長(zhǎng)期積累下來(lái)，實(shí)驗(yàn)室成為一個(gè)比較重要的污染源，所以在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)是十分必要的。許多從事物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)者已經(jīng)意識(shí)到這一點(diǎn)，并進(jìn)行了嘗試?，F(xiàn)將我們?cè)谖锢砘瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的一些具體做法總結(jié)如下：

1　提高學(xué)生的“綠色化學(xué)”意識(shí)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅培養(yǎng)學(xué)生的基本操作技能，使其規(guī)范化，同時(shí)要把環(huán)保意識(shí)融入到實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中，讓學(xué)生不僅對(duì)綠色化學(xué)有所了解，更要讓學(xué)生樹(shù)立起環(huán)保意識(shí)。沒(méi)有思想上的高度重視，就不會(huì)有物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化”的平穩(wěn)開(kāi)展。為了使學(xué)們能夠?qū)h(huán)保意識(shí)帶入到今后的學(xué)習(xí)與工作中，能夠獨(dú)立完成“綠色化學(xué)”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作。每學(xué)期，在學(xué)生進(jìn)入到物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室之前，結(jié)合多媒體，進(jìn)行物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)理論講解，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單模擬。讓學(xué)生提前對(duì)理論有所了解，操作有所認(rèn)知。其次，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)十分重視，會(huì)將每學(xué)期所涉及的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提前告知學(xué)生，讓學(xué)生對(duì)每周所做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行提前預(yù)習(xí)，運(yùn)用之前的實(shí)驗(yàn)理論結(jié)合物理化學(xué)課所學(xué)的知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分析。盡量做到分析具體化，對(duì)實(shí)驗(yàn)所用儀器、耗材、藥品做到心中有數(shù)。實(shí)驗(yàn)中，按照要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，減少對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的磨損與污染；玻璃儀器耗材等輕拿輕放，減少損耗；藥品按照實(shí)驗(yàn)步驟，稱取，盡量避免重復(fù)，減少不必要的浪費(fèi)。從而提高學(xué)生對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化”的感知和認(rèn)識(shí)，鞏固和提高學(xué)生的綠色化意識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)能力[2]。

2　實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目綠色化[3]

傳統(tǒng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師更多的重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)基本操作技能的掌握[4]。對(duì)化學(xué)試劑的毒性、揮發(fā)性以及對(duì)周圍環(huán)境污染的認(rèn)識(shí)有所欠缺，只是被動(dòng)的告訴學(xué)生做好防護(hù)工作。實(shí)現(xiàn)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化”，要從教師做起。

首先在教師頭腦中明確樹(shù)立綠色化學(xué)意識(shí)，在確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的前提下改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從環(huán)境保護(hù)的角度，認(rèn)真篩選實(shí)驗(yàn)題目，盡量選擇對(duì)環(huán)境污染小，對(duì)人體危害小的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如，在二組分氣液平衡相圖的實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法，用的是苯——乙醇體系，而苯的毒性很大、易揮發(fā)，有可能損害造血系統(tǒng)，現(xiàn)用環(huán)己烷——乙醇體系替代；在經(jīng)典的凝固點(diǎn)降低法測(cè)定摩爾質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，一直以苯為溶劑測(cè)定萘的摩爾質(zhì)量，除了有毒以外，萘還易揮發(fā)有刺激性氣味，本著綠色化學(xué)的思想，先后嘗試了粗食鹽、尿素，冰的測(cè)定體系與蔗糖、水的測(cè)定體系，由于粗食鹽對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器有腐蝕，試做一學(xué)年發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)由于運(yùn)行頻率較大，儀器不能得到很好的休整，部門儀器有生銹、漏水的現(xiàn)象產(chǎn)生；最后采用蔗糖、水的測(cè)定體系[5]，第一無(wú)污染，第二溶劑水無(wú)需預(yù)處理，第三葡萄糖是學(xué)生在日常生活中可以接觸到的物質(zhì)，能夠提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，鍛煉了學(xué)生的技術(shù)操作，還可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力，此外實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方法不變，降低了實(shí)驗(yàn)成本；在液體飽和蒸氣壓的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，用無(wú)水乙醇代替環(huán)己烷；在溶液的表面張力測(cè)定實(shí)驗(yàn)中用乙醇和水作為測(cè)定對(duì)象。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，消除了有毒物質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的污染，也降低了實(shí)驗(yàn)成本；在電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)實(shí)驗(yàn)中，目的是為了讓學(xué)生學(xué)會(huì)用交流電橋測(cè)定氯化鉀和醋酸溶液的電導(dǎo)。本實(shí)驗(yàn)也是物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)一個(gè)經(jīng)典的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步理解什么叫電導(dǎo)、摩爾電導(dǎo)率和電導(dǎo)率；以及為什么要測(cè)定電導(dǎo)率常數(shù)？如何測(cè)定？帶著這樣的實(shí)驗(yàn)的目的，我們將此實(shí)驗(yàn)交給學(xué)生自行設(shè)計(jì)。最終學(xué)生采用測(cè)定蒸餾水、純凈水、礦泉水的實(shí)驗(yàn)來(lái)代替。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中回顧了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中學(xué)過(guò)的蒸餾操作，學(xué)會(huì)了電導(dǎo)率儀的使用、電導(dǎo)率的測(cè)定，理解了什么什么叫電導(dǎo)、摩爾電導(dǎo)率和電導(dǎo)率，也達(dá)到了本實(shí)驗(yàn)的目的。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中以身邊的物質(zhì)為實(shí)驗(yàn)藥品，學(xué)生真正體會(huì)了一次從設(shè)計(jì)到操作的過(guò)程，減少了污染，也有了綠色化學(xué)的基本理念，增強(qiáng)了環(huán)保意識(shí)。

在實(shí)驗(yàn)操作中，對(duì)于實(shí)驗(yàn)藥品要做到5R，即減量(Reduce)、 重復(fù)使用(Reuse)、 拒用(Rejection，拒絕使用無(wú)法替代、 回收、 再生的有毒物)、 回收(Recycling)、 再生(Regeneration)的原則[6]。教師在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于儀器擺放要合理。例如在做蔗糖水解實(shí)驗(yàn)中，天平擺放要盡量與整體實(shí)驗(yàn)所需儀器在一起，便于教師監(jiān)督，避免學(xué)生在稱量過(guò)程中灑落或者隨意丟棄藥品，造成藥品的浪費(fèi)。使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中敢于大膽嘗試，勇于創(chuàng)新，細(xì)心觀察、記錄，從而培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢棄物，特別是物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，與其他工業(yè)生產(chǎn)相比，產(chǎn)生的廢棄物較少，得不到重視。在實(shí)驗(yàn)中隨意倒掉產(chǎn)生廢液，進(jìn)而進(jìn)入環(huán)境，對(duì)環(huán)境造成污染。在努力實(shí)現(xiàn)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化”后，能夠循環(huán)利用的藥品，回收再利用。例如二元液系相圖實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)的藥品可以回收，接下來(lái)實(shí)驗(yàn)中可以再次利用。有如凝固點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中，冰水冷凝劑，可以重復(fù)使用。這樣不但可以減少浪費(fèi)，也可以體培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中求探索，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

3　加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室管理

圍繞物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化”，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室管理科學(xué)化。在實(shí)驗(yàn)室管理中，建立、健全實(shí)驗(yàn)室管理相關(guān)制度，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中嚴(yán)格要求。每學(xué)期實(shí)驗(yàn)理論課中，講解實(shí)驗(yàn)理論的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)室管理以及學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后的日常行為。從而在學(xué)生理解的基礎(chǔ)上，使學(xué)生與老師共同配合，從而提高物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的“綠色化”。從實(shí)驗(yàn)綠色化出發(fā)，制定儀器使用與維護(hù)、耗材試劑使用以及廢棄物回收利用制度，從實(shí)際出發(fā)，不斷完善與修改，使各項(xiàng)制度逐步走向成熟、完善。

在實(shí)驗(yàn)課程具體實(shí)施過(guò)程中，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室配備多媒體教學(xué)儀器，可隨課堂教學(xué)循環(huán)播放具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(以具體實(shí)驗(yàn)要求為主)，這樣在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，基本操作學(xué)生清晰可見(jiàn)，對(duì)自己所做實(shí)驗(yàn)有了基本的了解，加深了實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)的印象，大大減少了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，因?yàn)椴僮麇e(cuò)誤而出現(xiàn)的重復(fù)而導(dǎo)致的藥品的浪費(fèi)。例如是在凝固點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中，上課班級(jí)密集，實(shí)驗(yàn)本身時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)冰的需求量較大，采取多媒體教學(xué)后，原本一周的的用冰量大約可以維持兩周，提高了利用率，節(jié)約了成本，基本上實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“綠色化”。

4　結(jié)　語(yǔ)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課“綠色化”任重而道遠(yuǎn)，在實(shí)際操作過(guò)程中，一方面要不斷完善綠色化學(xué)的理念；另一方面要有學(xué)生與老師的共同努力。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中，除了學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)、掌握實(shí)驗(yàn)操作，更重要的是體驗(yàn)綠色化學(xué)，認(rèn)同綠色化學(xué)，成為未來(lái)的綠色化學(xué)“實(shí)踐人”。

[1]閔恩澤,傅軍．綠色化學(xué)的進(jìn)展[J]．化學(xué)通報(bào)，1999,62(1):10-15．

[2]侯向陽(yáng),高樓軍,李東升,等．物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐與再思考[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2006,25(11):1423-1425．

[3]敖波,馮靜．實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的措施[J]． 西昌學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,20(4):152-154．

[4]楊志強(qiáng)．綠色化學(xué)與有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005,24(11):84-86．

[5]過(guò)家好,陳俊明．物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化改革與實(shí)踐[J]．廣州化工,2010(12):165-166．

[6]魏澤英,李樹(shù)全,謝小燕,等．物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化改革實(shí)踐[J]．教育教學(xué)論壇，2014(1):245-246．

Introduction to the Green Experiment of Physical Chemistry Experiment

ZHAO Wei

(Yingkou Polytechnic Institute,Liaoning Yingkou 115014,China)

Physical Chemistry Experiment is an important basic course in colleges and universities,focusing on the cultivation of students’operation skills in experiments,research and innovation awareness.It is an important source of pollution that the waste generated in the process of experiment after long-term accumulation.Some certain measures of reformation,such as the use of drugs,instrument display,reform of experimental content,laboratory management,in the experiment were discussed to cultivate the students’consciousness of green chemistry,achieve "green" teaching of Physical Chemistry Experiment,so as to cultivate the students’recognition of Green Chemistry,become the future of green chemistry "practice".

Physical Chemistry Experiment；green chemistry

趙威(1983-)，女，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)榻饘儆袡C(jī)物理論研究。

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A

1001-9677(2016)06-0199-02