淺談化學(xué)實(shí)驗教學(xué)與綠色化學(xué)教育
從廣義來(lái)說(shuō)，綠色化學(xué)是一種先進(jìn)的科學(xué)理念，怎樣分析化學(xué)實(shí)驗教學(xué)與綠色化學(xué)教育?
[摘要]化學(xué)是一門(mén)重要學(xué)科，與人們的日常生活有著(zhù)密切的聯(lián)系。素質(zhì)教育與新課程改革要求學(xué)生除了需要掌握扎實(shí)的理論基礎，還應具備相應的動(dòng)手實(shí)踐能力，以確保自己所學(xué)的知識能夠被應用于日常生活中，解決各種各樣的問(wèn)題。然而，由于缺乏正確思想的引導，化學(xué)實(shí)驗教學(xué)一直以來(lái)都處于一種“非綠色”的狀態(tài)，雖然提高了教學(xué)質(zhì)量，但是實(shí)驗結果通常會(huì )產(chǎn)生污染，給周邊環(huán)境帶來(lái)不良影響。在素質(zhì)教育的要求下，學(xué)生需要在化學(xué)實(shí)驗教學(xué)之中掌握綠色化學(xué)能力。文章對化學(xué)實(shí)驗教學(xué)和綠色化學(xué)教育進(jìn)行分析和研究。
[關(guān)鍵詞]化學(xué)實(shí)驗教學(xué);污染;綠色化學(xué)教育;化學(xué)實(shí)驗能力
綠色化學(xué)又名環(huán)境友好化學(xué)(EFC)、環(huán)境無(wú)害化學(xué)(EBC)或清潔化學(xué)(CC)，其本質(zhì)上是一種先進(jìn)的教學(xué)理念，其要求研究者應用化學(xué)技術(shù)與化學(xué)方法來(lái)消除對環(huán)境存在污染和不良影響的原料、試劑、溶液、催化劑及各種各樣的相關(guān)產(chǎn)物與副產(chǎn)物。這種理念非常適用于當前的化學(xué)素質(zhì)教育，學(xué)生正處于身體和智力迅速發(fā)育的時(shí)期，其不成熟的身體對有毒有害物質(zhì)或廢物缺乏足夠的抵抗力，若是化學(xué)實(shí)驗中不堅持這種理念，其未來(lái)發(fā)展必將受到影響。因此，在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗教學(xué)時(shí)必須堅持“綠色化學(xué)”教育。
1綠色化學(xué)概述
1.1綠色化學(xué)的定義
從廣義來(lái)說(shuō)，綠色化學(xué)是一種先進(jìn)的科學(xué)理念，其可以借助化學(xué)技術(shù)或化學(xué)方法來(lái)消除化學(xué)產(chǎn)品在設計、制造、使用中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)，以減輕化學(xué)產(chǎn)品對人們健康產(chǎn)生的危害，避免化學(xué)污染給環(huán)境帶來(lái)破壞，其從源頭上阻止了化學(xué)污染的擴散，是當前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域亟須實(shí)行的一種綠色生產(chǎn)理念。從狹義來(lái)說(shuō)，綠色化學(xué)可以為學(xué)生提供保護，隔絕各類(lèi)有毒物質(zhì)、產(chǎn)物或副產(chǎn)物給學(xué)生身體帶來(lái)的傷害，是當前化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中必須堅持的“教學(xué)理念”。以原子反應為例，在綠色化學(xué)理念的要求下，所使用的催化劑與溶劑應該是無(wú)毒無(wú)害的，反應物原料除了需要滿(mǎn)足無(wú)毒無(wú)害的要求，還應該是一種具有可再生性的能源，而反應產(chǎn)物需要兼具可降解性、安全性以及可重復利用性，即使是化學(xué)反應的整個(gè)過(guò)程，也需要采用安全度較高的生產(chǎn)工藝，確保能源的高利用率，只有這樣才能確�；瘜W(xué)生產(chǎn)的經(jīng)濟性或化學(xué)實(shí)驗的安全性。
1.2綠色化學(xué)的原則
(1)從源頭上阻斷有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生，而不是在有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生后再行處理。(2)盡可能地使參與反應的物質(zhì)以及最終生成的物質(zhì)不對環(huán)境和人類(lèi)健康造成危害。(3)在設計方案中，最好能使所有最初的反應物被嵌入到最終產(chǎn)物之中;反應后的遺留物應沒(méi)有或盡可能地少，或是沒(méi)有滯留在環(huán)境之中，或是降解為不具有毒性的產(chǎn)物。(4)盡量少用甚至不用分離試劑或溶劑等輔助性物質(zhì)，若必須用，則應確保其無(wú)毒或毒性盡可能低。(5)出于經(jīng)濟性和環(huán)境保護的需求，應盡量降低化學(xué)反應的能量消耗，或是將反應過(guò)程中的臨時(shí)性修改、基團保護與去保護等非必要衍生過(guò)程裁剪掉。(6)若是滿(mǎn)足經(jīng)濟性目標且技術(shù)上具有可行性，則應選用具有再生性的原料。(7)催化劑應優(yōu)選具有高選擇性的，不建議采取“通過(guò)提高反應物配料比”的選擇。(8)化學(xué)物品應在保持原有功效這一前提下盡可能地無(wú)毒或低毒;分析方法應進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，確保做到現場(chǎng)全面監控，以預防有害物質(zhì)的生成，降低物質(zhì)因形態(tài)變化而產(chǎn)生事故的風(fēng)險性。
2在化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中推行綠色化學(xué)教育的重要意義
化學(xué)作為一門(mén)自然學(xué)科，以實(shí)驗為科研教育的基礎，我國受科技發(fā)展水平和教育理念影響，化學(xué)教學(xué)依然以傳統實(shí)驗方式為主，教師和學(xué)生在實(shí)驗中消耗大量的藥品，使用具有揮發(fā)性、易燃性的有毒試劑，進(jìn)行危險性較大的實(shí)驗操作，給環(huán)境帶來(lái)污染的同時(shí)也給自身健康帶來(lái)威脅和安全隱患。而為了改變這種“損人損己”的現狀，教學(xué)工作者必須使化學(xué)實(shí)驗教學(xué)走上“綠色化學(xué)教育”這一必由之路，通過(guò)綠色化學(xué)內容來(lái)培養學(xué)生的綠色意識，使其具備綠色化學(xué)實(shí)驗能力�？梢哉f(shuō)，推行綠色化學(xué)的教育理念，對于實(shí)驗教學(xué)有著(zhù)非常重要的意義，首先素質(zhì)教育對“綠色化學(xué)教育”有著(zhù)迫切的要求，其次化學(xué)教學(xué)需要傳播綠色化學(xué)的觀(guān)點(diǎn)，最后學(xué)校需要通過(guò)綠色化學(xué)教育來(lái)培養學(xué)生的責任感與創(chuàng )新能力，使其能夠更好地面對社會(huì )與未來(lái)�？梢哉f(shuō)，綠色化學(xué)既提高了教學(xué)質(zhì)量，也保護了環(huán)境，預防和治理了污染，非常符合當今社會(huì )“節能減排”的發(fā)展要求。
3在化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中推行綠色化學(xué)教育的具體方法
3.1精選“綠色”實(shí)驗項目
在傳統化學(xué)實(shí)驗中，教師優(yōu)先考慮的是實(shí)驗現象的鮮明性，重點(diǎn)在于使學(xué)生掌握基本操作技能，諸如最終產(chǎn)物、反應物的污染輕重與試劑、催化劑、產(chǎn)物的毒性則被教師無(wú)意識地忽視了，學(xué)生或是沒(méi)有得到保護，或是得到被動(dòng)的保護，這無(wú)疑是不符合素質(zhì)教育的基本要求的。而在綠色化學(xué)教育理念的指導下，教師除了需要保證實(shí)驗項目中的現象具有鮮明性、學(xué)生可以掌握基本的操作技能，其還需要兼顧到實(shí)驗的“綠色”要求。首先，教師應該以“保護環(huán)境、從源頭上杜絕污染產(chǎn)生”為出發(fā)點(diǎn)來(lái)篩選實(shí)驗項目，將對環(huán)境有較大污染的項目予以排除，優(yōu)選一些污染小的環(huán)保型實(shí)驗，確保實(shí)驗中的反應物與產(chǎn)物毒性小、污染輕、廢物盡量少。以溴苯類(lèi)實(shí)驗為例，傳統實(shí)驗通常使用液溴與苯進(jìn)行化學(xué)反應，原材料液溴具有較大的腐蝕性，苯則對人體造血系統有著(zhù)鮮明的損害作用，基于“綠色化學(xué)教育”理念，教師應使用正丁醇與溴化鈉兩種安全物質(zhì)替換掉苯與液溴。
3.2為無(wú)法替換的化學(xué)實(shí)驗進(jìn)行“綠化改進(jìn)”
化學(xué)教學(xué)需要依照教學(xué)大綱進(jìn)行，其中許多有機化學(xué)實(shí)驗是無(wú)法替代的，其與綠色化學(xué)理念并不是完全符合的，教學(xué)工作者可以基于當前既有的科研成果對項目中的某些設計方案作出改進(jìn)。3.2.1使用綠色溶劑在原有的教材中，柱色譜分離實(shí)驗所使用的原料為無(wú)水苯與乙醚，在化學(xué)反應中將鄰硝基苯胺與對硝基苯胺進(jìn)行分離。但是苯的毒性是眾所周知的，所以可以按照1∶3的比例使用乙酸乙酯、石油醚制備洗脫劑，同樣可以取得理想的分離效果。而在分離亞甲基藍與熒光黃的化學(xué)實(shí)驗中，若是換用乙醇與水作為洗脫劑，同樣可以取得理想的結果。并且，由于所涉及的反應物具有安全性和可重復利用性，所以可以反復進(jìn)行實(shí)驗來(lái)驗證不同混合物濃度、氧化鋁高度、探索柱直徑給分離結果帶來(lái)的影響。而結果證明，在1mg熒光黃加1mg亞甲基藍的樣品中滴入4滴1mL劑量、95%濃度的乙醇中，將會(huì )在最短的分離時(shí)間內獲得最明顯的分離效果，且所耗費的溶劑量也是非常少的。3.2.2使用綠色催化劑在必開(kāi)的實(shí)驗中有一種需要制備酯類(lèi)化合物，教材中記載的催化劑為濃硫酸，這種物質(zhì)多有酸性廢液與反應副產(chǎn)物，其本身則具有強氧化性，污染性大、危險性大�；诰G色化學(xué)教學(xué)理念，可以使用[SiO2/SO2-4]作為濃硫酸的替代物，既能減少污染，還能提高化學(xué)實(shí)驗的產(chǎn)率，且這種物質(zhì)還具有可再生利用性。3.2.3使用綠色氧化劑有機化學(xué)實(shí)驗———己二酸制備可以將其中的氧化劑進(jìn)行替換，以達到綠色實(shí)驗與綠色教學(xué)的目的。乙二酸可以用于尼龍-6，6的生產(chǎn)，這種單體的制備通常以硝酸作為實(shí)驗氧化劑，但是這種物質(zhì)可以產(chǎn)生氮氧化物等有毒氣體，若是使用過(guò)氧化氫作為氧化劑，那么所產(chǎn)生的副產(chǎn)物只是水，不具有污染性，也非常安全。
4結論
綠色化學(xué)實(shí)驗與綠色化學(xué)教育是素質(zhì)教育的根本性要求，符合化學(xué)實(shí)驗的發(fā)展趨勢，學(xué)校應將二者有機結合起來(lái)，以確�；瘜W(xué)教學(xué)的安全與無(wú)害。
參考文獻:
[1]陸泉芳，俞潔.化學(xué)實(shí)驗綠色化研究[J].實(shí)驗室研究與探索，2004(12).
[2]宋桂苓.綠色有機化學(xué)實(shí)驗的探索和實(shí)踐[J].實(shí)驗室研究與探索，2006(8).
作者：尹永奎 侯雨彤 李瑩 師冬菊 張海峰 單位：牡丹江醫學(xué)院 牡丹江市紅旗醫院
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