時間:2023-06-07 15:44:10
序論:好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程,我們?yōu)槟扑]十篇化學(xué)高分子論文范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質(zhì),帶來更深刻的閱讀感受。
2環(huán)保意識培養(yǎng)
2.1在實驗教學(xué)中培養(yǎng)環(huán)保意識
北京的霧霾天氣,使身在其中的人們深切體會到惡劣環(huán)境對自身的不利影響。伴隨著工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展,大量化學(xué)污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng),對全球生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重危害,給人類生存帶來巨大威脅。因此,環(huán)境問題越來越受到重視,對“三廢”的處理提出了更高的要求。在現(xiàn)有條件下,與高分子化學(xué)有關(guān)的生產(chǎn)不可能完全避免使用有毒有害物質(zhì),因此,對學(xué)生進(jìn)行環(huán)保教育至關(guān)重要。高分子化學(xué)實驗教學(xué)是對學(xué)生進(jìn)行環(huán)保教育的有效途徑,不僅要培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、分析和解決問題能力,還要重視傳授環(huán)保知識,使學(xué)生有機(jī)會、有能力利用所學(xué)知識,處理實驗中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì),主動參與到環(huán)境保護(hù)工作中,增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識。
2.2加強(qiáng)污染物的回收管理
在高分子化學(xué)實驗中,常會用到有毒有害、易燃易爆的試劑,最大限度減少污染物排放是師生共同的責(zé)任。實驗教師要對學(xué)生實驗過程中產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行嚴(yán)格管理,以增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識。實驗過程中,要求學(xué)生將所有有害物質(zhì)回收到指定的回收瓶中,對不能再利用的廢液進(jìn)行無害化處理,對能再利用的進(jìn)行提純、重復(fù)使用,減少有害物質(zhì)排放。如果在實驗過程中有有害氣體生成,則實驗必須在通風(fēng)櫥中進(jìn)行,并對有害氣體進(jìn)行無害化處理后再排放。實驗教師必須對實驗過程進(jìn)行監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)問題及時解決,并提醒全體學(xué)生注意。通過一系列的措施,學(xué)生的環(huán)保意識不斷增強(qiáng),處理有害物質(zhì)的能力也不斷提高。
2.3采用小量、半微量實驗
高分子化學(xué)實驗使用的很多是易燃和毒性較大的藥品,在實驗過程中可能會產(chǎn)生一些對人體和環(huán)境有害的物質(zhì),因此,盡可能減少實驗中的“三廢”排放量至關(guān)重要。高分子化學(xué)基礎(chǔ)實驗旨在培養(yǎng)學(xué)生的操作能力和觀察能力,要求實驗現(xiàn)象明顯。實踐證明,采用小量實驗完全可以滿足這兩方面的需要。當(dāng)學(xué)生具備基本操作技能后,復(fù)雜合成實驗可以采用半微量法進(jìn)行。這樣既達(dá)到了實驗?zāi)康模止?jié)約了藥品,縮短了實驗時間,減少了“三廢”的產(chǎn)生,減輕了對環(huán)境的污染。
2.4將環(huán)保能力列為考核內(nèi)容
對學(xué)生每次實驗中試劑取用情況、廢棄物回收處理情況、有害氣體處理情況進(jìn)行記錄,并記入平時成績。在學(xué)期中的實驗筆試中加入廢棄化學(xué)物品的無害化處理方法內(nèi)容;在實驗操作考試中,安排廢棄物處理實驗,以抽簽方式確定考題,考試內(nèi)容有:廢棄單體和聚合物的處理,高濃度有機(jī)溶劑的處理,酸、堿廢液的處理,洗滌廢液的處理等。
3安全意識的培養(yǎng)
3.1安全教育貫穿教學(xué)始終
首先,在理論教學(xué)中進(jìn)行安全意識教育。比如,講解緒論時,在介紹高分子化合物的合成特點和物理性質(zhì)后,及時舉例說明一些低燃點常用物質(zhì),如烷烴、乙醚、乙醇、丙酮、過氧化物等易燃易爆物質(zhì),告知使用時要注意防火、防爆。隨著教學(xué)的深入,逐步強(qiáng)化實驗安全教育,介紹常用化合物(如苯、甲苯、二甲苯、硝基苯、甲醛、苯酚等)的毒害性及使用注意事項,為實驗教學(xué)做好準(zhǔn)備。其次,在實驗教學(xué)中加強(qiáng)安全教育。在第一節(jié)實驗課上,采用講解、演示等教學(xué)方式,專門進(jìn)行安全教育,強(qiáng)調(diào)水、電、易燃易爆物質(zhì)、有毒有害物質(zhì)的安全使用和事故處理辦法。隨著實驗的進(jìn)行,要求學(xué)生在每次實驗課之前,必須弄清楚與實驗有關(guān)物質(zhì)的物理性質(zhì)和注意事項;實驗課中,實驗教師檢查并確認(rèn)學(xué)生的實驗裝置沒有錯誤后,學(xué)生方可繼續(xù)進(jìn)行實驗;當(dāng)學(xué)生的實驗裝置或操作方法有誤時,可以請其他組的學(xué)生指出并糾正錯誤,以加深學(xué)生印象,有效防止類似錯誤的發(fā)生。
3.2利用多媒體課件輔助教學(xué)
為有效提高教學(xué)和安全教育效果,實驗教師還制作了多媒體課件供學(xué)生學(xué)習(xí)。比如基本操作中的“單體的精制”,需根據(jù)被精制單體的沸點選擇熱源,要求蒸餾時不能將燒瓶中液體蒸干。由于實驗課時有限,低沸點物質(zhì)的蒸餾和高沸點物質(zhì)的蒸餾不能都在課上進(jìn)行。雖然教師在課上對此進(jìn)行了多次強(qiáng)調(diào),但還是有很多學(xué)生在蒸餾操作中習(xí)慣性選擇第一次蒸餾時使用的熱源,而不考慮被蒸餾組分的沸點。還有些學(xué)生不知道何時停止蒸餾,往往一直將液體蒸干。利用多媒體輔助教學(xué)可以解決以上問題。學(xué)生可以在多媒體課件上看到不同熱源的選擇方法和蒸餾過程,也可以看到錯誤操作所造成的危害。通過多媒體輔助教學(xué),學(xué)生在這方面犯的錯誤明顯減少了。
3.3將安全意識納入考核范圍
為引起學(xué)生對實驗安全性的高度重視,我們將實驗安全內(nèi)容納入考核范圍,考核內(nèi)容包括物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)查閱,實驗裝置的安裝,實驗操作,化學(xué)試劑的安全量取,溶劑及產(chǎn)品的回收,實驗結(jié)束后水、電關(guān)閉。此外,在學(xué)期中安排一次實驗筆試考試,考試內(nèi)容包含安全操作注意事項和違規(guī)操作可能產(chǎn)生的后果;學(xué)期末安排一次實驗操作考試,考試內(nèi)容包括實驗裝置的搭建及易燃試劑的安全使用,反應(yīng)過程中產(chǎn)生的有毒氣體的處理方法等。教師在考前將要制備的目標(biāo)產(chǎn)物告訴學(xué)生,實驗方案和制備過程完全由學(xué)生獨自完成,一組學(xué)生(20人左右)由兩位教師監(jiān)考,最后給出操作考試成績。通過以上改革,學(xué)生的安全意識普遍增強(qiáng),實驗教學(xué)進(jìn)行到中期時,已經(jīng)看不到學(xué)生在實驗結(jié)束后不切斷電源、用明火提純易燃單體、用過的溶劑不回收等現(xiàn)象了。
二、Crothers與尼龍66
深受女士喜愛的尼龍襪無疑是引出縮聚反應(yīng)的最佳例子。尼龍襪在全美首次發(fā)售時,每人限購一雙,500萬雙當(dāng)天告罄,沒有買到尼龍襪的人在裸腿上畫紋路冒充絲襪。那么引起如此轟動的商品是如何制造出來的?這個問題吊起了學(xué)生的胃口,他們對相應(yīng)的知識特別用心。1928年,杜邦公司成立了基礎(chǔ)化學(xué)研究所,Crothers受聘擔(dān)任該所的負(fù)責(zé)人,并決心利用二元醇和二元酸的縮聚來支持當(dāng)時剛剛提出的高分子學(xué)說。在實驗中,同事偶然發(fā)現(xiàn)熔融的聚酯可以抽絲,Crothers意識到這是紡絲原料的特性,并展開了大量的研究。克服各種困難后,最終得到了尼龍66纖維。尼龍66的出現(xiàn)不僅有力的支持了高分子學(xué)說,也深入改變了人們的生活。尼龍的發(fā)現(xiàn)離不開Crothers。同樣讓人稱道的還有杜邦公司,能夠在經(jīng)濟(jì)大蕭條時期拿出一筆巨款支持沒有明確應(yīng)用目的的基礎(chǔ)研究,需要敏銳的眼光和巨大的勇氣。注重基礎(chǔ)研究,在今天也有著重要的借鑒意義。
三、塑料之父———Baekeland
作為第一種人造聚合物———酚醛樹脂的發(fā)明者,Baekeland是一個傳奇人物。他21歲就獲得了博士學(xué)位,專利意識非常強(qiáng)。發(fā)明Velox相紙后,故意在專利中省略一兩步。結(jié)果柯達(dá)公司不得不兩次出資購買。在發(fā)明酚醛樹脂后,Baekeland及時申請了專利(僅比同行早一天),也得到了塑料之父之稱。Baekeland的幸運(yùn)和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識讓人感嘆不已。酚醛樹脂的發(fā)明也是一個成功的科研案例。Baekeland敏銳地意識到絕緣材料在剛剛興起的電力工業(yè)中的巨大市場,將研究目標(biāo)確定為尋找天然絕緣材料的替代品。他沒有立即進(jìn)行實驗,先是充分進(jìn)行了文獻(xiàn)調(diào)研。發(fā)現(xiàn)早在1872年德國化學(xué)家Vaeyer曾把苯酚和甲醛混合產(chǎn)生一種樹脂狀物質(zhì),指出在實驗中應(yīng)防止它的產(chǎn)生。Baekeland反其道而行之,加熱加壓來加快反應(yīng),得到琥珀樣的樣品,并最終掌握了酚醛樹脂的制備方法。他于1907年申請了專利,這年也被視為塑料元年。這個故事充分說明了科學(xué)研究的選題和文獻(xiàn)調(diào)研的重要性,在閱讀文獻(xiàn)時要注意批判性閱讀,不迷信已有的解釋。
四、配位聚合和Ziegler-Natta
1953年Ziegler在用乙基鋁使乙烯加成的一次偶然失敗中發(fā)現(xiàn),鎳會抑制反應(yīng)進(jìn)行,其他過渡金屬也有類似作用。他給博士生Breil的論文題目是“系統(tǒng)地實驗整個周期表的元素”來對這一作用進(jìn)行研究!有趣的是,最終研究得到了一種能使乙烯迅速聚合成為高分子量聚乙烯的催化劑。事實恰好與預(yù)料的相反,這充分說明,和預(yù)期不同的結(jié)果不見得是壞結(jié)果!Natta的成功無疑是跟蹤世界研究前沿的結(jié)果。他在Ziegler催化劑研究之初就派人過去接受指導(dǎo)。在用改進(jìn)后的催化劑進(jìn)行了丙烯聚合后,Natta發(fā)現(xiàn)它含有高結(jié)晶部分,敏銳地“把新的結(jié)晶聚合物的結(jié)構(gòu)歸之于主鏈或至少相當(dāng)長部分的主鏈上的不對稱碳原子都采取了相同的構(gòu)型”。Natta文章因未披露催化劑的本質(zhì)這一關(guān)鍵問題,初審被拒稿。而作為編輯的Flory則意識到了文章不尋常的意義,更改了裁決才使得文章得以發(fā)表。與Ziegler-Natta的成功相對的是,1943年Fischer希望能找到使乙烯聚合成油的方法,發(fā)現(xiàn)“當(dāng)三氯化鋁與四氯化鈦并用作催化劑時,液態(tài)產(chǎn)物減少而有利于生成固態(tài)物”,因此似乎是失望多于希望。另外,Ziegler的學(xué)生Wesslan制備聚丙烯后,發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的熔點高于聚乙烯,他肯定自己錯了,他不相信支化會提高石蠟烴的熔點。他沒有認(rèn)識到熔點升高的意義。這兩個故事也從反面再次印證了如何看待實驗中的意外。高分子史上還有更多的歷史故事,如“的確良”(滌綸),田中耕一發(fā)現(xiàn)質(zhì)譜離子化新方法,聚四氟乙烯和高壓聚乙烯的發(fā)現(xiàn)等。在高分子化學(xué)教學(xué)中適當(dāng)穿插相應(yīng)的歷史故事,不僅可以增加課堂的趣味性,還有助于學(xué)生了解科學(xué)家思考問題的方式,學(xué)習(xí)他們成功的經(jīng)驗和失敗的教訓(xùn),培養(yǎng)學(xué)生思考研究的能力。
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)37-0063-02
高分子發(fā)展過程中眾多的趣聞軼事構(gòu)成了高分子科技發(fā)展史的重要內(nèi)容。我們在高分子化學(xué)教學(xué)過程中注意穿插相應(yīng)的歷史故事,并加以分析評價,幫助學(xué)生了解歷史,讓學(xué)生掌握科學(xué)的智慧,取得了較好的教學(xué)效果。以下就有關(guān)故事進(jìn)行簡單的介紹。
一、Staudinger與高分子學(xué)說的創(chuàng)立
1920年Staudinger發(fā)表了劃時代的《論聚合》,首次提出了“長鏈大分子”的概念。共價長鏈分子的概念在今天不難理解。然而歷史上高分子學(xué)說的確立卻頗費周折,一些科學(xué)家已測到聚合物的高分子量,卻拒絕接受這一實驗結(jié)果。一方面,當(dāng)時盛行的膠體說能解釋部分實驗現(xiàn)象;另一方面,個人認(rèn)為可能還與化學(xué)史有關(guān)。1861年,格雷阿姆提出“膠體”這個名詞時,近代的原子―分子論為人們接受不久。高分子長鏈假說的提出,無疑有悖于物質(zhì)是由“簡單分子”構(gòu)成這一慣性思維。這個故事教育我們不僅要學(xué)習(xí)Staudinger堅持真理,不懈努力的精神,還要學(xué)會轉(zhuǎn)變思維方式。“Think different”是一個科技工作者必備的素質(zhì)。一個新學(xué)科的誕生、新研究方向的確立,往往都伴隨著新思維的產(chǎn)生。
二、導(dǎo)電高分子的發(fā)現(xiàn)
導(dǎo)電高分子的發(fā)現(xiàn)充滿了戲劇性。1967年,白川英樹的研究生做實驗時錯用了一千倍的催化劑,加上攪拌器湊巧停止,在溶液表面生成了銀色的薄膜狀物。白川英樹以此為切入點,進(jìn)行了深入細(xì)致的研究,終于發(fā)現(xiàn)制備膜狀聚乙炔的有效方法。1975年,美國的Macdiarmid教授偶然見到白川英樹的金屬光澤的膜狀聚乙炔后,立即邀請他去美國與Heeger合作研究。后來,三人一起獲得了2000年諾貝爾化學(xué)獎,也被傳為佳話。與硝酸纖維素、炭黑增強(qiáng)橡膠等發(fā)現(xiàn)一樣,聚乙炔膜的發(fā)現(xiàn)也是“偶然的”。這個故事也教育我們合作的重要性。“這是我的idea,說出去會不會被別人學(xué)去了?”具有知識保護(hù)意識固然重要,合作交流能夠更快、更有效地促進(jìn)研究的發(fā)展,科研中需要有團(tuán)隊精神。
三、Crothers與尼龍66
深受女士喜愛的尼龍襪無疑是引出縮聚反應(yīng)的最佳例子。尼龍襪在全美首次發(fā)售時,每人限購一雙,500萬雙當(dāng)天告罄,沒有買到尼龍襪的人在裸腿上畫紋路冒充絲襪。那么引起如此轟動的商品是如何制造出來的?這個問題吊起了學(xué)生的胃口,他們對相應(yīng)的知識特別用心。1928年,杜邦公司成立了基礎(chǔ)化學(xué)研究所,Crothers受聘擔(dān)任該所的負(fù)責(zé)人,并決心利用二元醇和二元酸的縮聚來支持當(dāng)時剛剛提出的高分子學(xué)說。在實驗中,同事偶然發(fā)現(xiàn)熔融的聚酯可以抽絲,Crothers意識到這是紡絲原料的特性,并展開了大量的研究。克服各種困難后,最終得到了尼龍66纖維。尼龍66的出現(xiàn)不僅有力的支持了高分子學(xué)說,也深入改變了人們的生活。尼龍的發(fā)現(xiàn)離不開Crothers。同樣讓人稱道的還有杜邦公司,能夠在經(jīng)濟(jì)大蕭條時期拿出一筆巨款支持沒有明確應(yīng)用目的的基礎(chǔ)研究,需要敏銳的眼光和巨大的勇氣。注重基礎(chǔ)研究,在今天也有著重要的借鑒意義。
四、塑料之父――Baekeland
作為第一種人造聚合物――酚醛樹脂的發(fā)明者,Baekeland是一個傳奇人物。他21歲就獲得了博士學(xué)位,專利意識非常強(qiáng)。發(fā)明Velox相紙后,故意在專利中省略一兩步。結(jié)果柯達(dá)公司不得不兩次出資購買。在發(fā)明酚醛樹脂后,Baekeland及時申請了專利(僅比同行早一天),也得到了塑料之父之稱。Baekeland的幸運(yùn)和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識讓人感嘆不已。酚醛樹脂的發(fā)明也是一個成功的科研案例。Baekeland敏銳地意識到絕緣材料在剛剛興起的電力工業(yè)中的巨大市場,將研究目標(biāo)確定為尋找天然絕緣材料的替代品。他沒有立即進(jìn)行實驗,先是充分進(jìn)行了文獻(xiàn)調(diào)研。發(fā)現(xiàn)早在1872年德國化學(xué)家Vaeyer曾把苯酚和甲醛混合產(chǎn)生一種樹脂狀物質(zhì),指出在實驗中應(yīng)防止它的產(chǎn)生。Baekeland反其道而行之,加熱加壓來加快反應(yīng),得到琥珀樣的樣品,并最終掌握了酚醛樹脂的制備方法。他于1907年申請了專利,這年也被視為塑料元年。這個故事充分說明了科學(xué)研究的選題和文獻(xiàn)調(diào)研的重要性,在閱讀文獻(xiàn)時要注意批判性閱讀,不迷信已有的解釋。
五、配位聚合和Ziegler-Natta
1953年Ziegler在用乙基鋁使乙烯加成的一次偶然失敗中發(fā)現(xiàn),鎳會抑制反應(yīng)進(jìn)行,其他過渡金屬也有類似作用。他給博士生Breil的論文題目是“系統(tǒng)地實驗整個周期表的元素”來對這一作用進(jìn)行研究!有趣的是,最終研究得到了一種能使乙烯迅速聚合成為高分子量聚乙烯的催化劑。事實恰好與預(yù)料的相反,這充分說明,和預(yù)期不同的結(jié)果不見得是壞結(jié)果!Natta的成功無疑是跟蹤世界研究前沿的結(jié)果。他在Ziegler催化劑研究之初就派人過去接受指導(dǎo)。在用改進(jìn)后的催化劑進(jìn)行了丙烯聚合后,Natta發(fā)現(xiàn)它含有高結(jié)晶部分,敏銳地“把新的結(jié)晶聚合物的結(jié)構(gòu)歸之于主鏈或至少相當(dāng)長部分的主鏈上的不對稱碳原子都采取了相同的構(gòu)型”。Natta文章因未披露催化劑的本質(zhì)這一關(guān)鍵問題,初審被拒稿。而作為編輯的Flory則意識到了文章不尋常的意義,更改了裁決才使得文章得以發(fā)表。與Ziegler-Natta的成功相對的是,1943年Fischer希望能找到使乙烯聚合成油的方法,發(fā)現(xiàn)“當(dāng)三氯化鋁與四氯化鈦并用作催化劑時,液態(tài)產(chǎn)物減少而有利于生成固態(tài)物”,因此似乎是失望多于希望。另外,Ziegler的學(xué)生Wesslan制備聚丙烯后,發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的熔點高于聚乙烯,他肯定自己錯了,他不相信支化會提高石蠟烴的熔點。他沒有認(rèn)識到熔點升高的意義。這兩個故事也從反面再次印證了如何看待實驗中的意外。高分子史上還有更多的歷史故事,如“的確良”(滌綸),田中耕一發(fā)現(xiàn)質(zhì)譜離子化新方法,聚四氟乙烯和高壓聚乙烯的發(fā)現(xiàn)等。在高分子化學(xué)教學(xué)中適當(dāng)穿插相應(yīng)的歷史故事,不僅可以增加課堂的趣味性,還有助于學(xué)生了解科學(xué)家思考問題的方式,學(xué)習(xí)他們成功的經(jīng)驗和失敗的教訓(xùn),培養(yǎng)學(xué)生思考研究的能力。
最后要強(qiáng)調(diào)的是,故事可以有適當(dāng)?shù)乃囆g(shù)處理,但不應(yīng)違背歷史和科學(xué)常識。如有文章這樣介紹導(dǎo)電高分子“樓道角落里的一堆既像塑料又閃著銀光的薄膜吸引了艾倫教授的注意了。當(dāng)他好奇地詢問陪同的白川教授時,對方不以為然地回答:這只是一堆廢品,毫無科學(xué)價值”。該描述對百川英樹有失公允,引用后會給學(xué)生錯誤的印象。充分利用網(wǎng)絡(luò)資源對故事進(jìn)行甄別,可以避免這種事情的發(fā)生。
致謝:本文獲教育部本科教學(xué)工程與專業(yè)綜合改革試點建設(shè)項目;廣西專業(yè)課程一體化建設(shè)項目;廣西緊缺專業(yè)建設(shè)項目;廣西高等教育教學(xué)改革工程立項項目資助。
參考文獻(xiàn):
[1]董炎明.奇妙的高分子世界[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.
[2]姚金水,李梅,等.高分子科技發(fā)展史上幾個重要事件給我們的啟示――兼談高分子物理概論部分的講授[J].高分子通報,2012,(8):101.