展現(xiàn)基礎(chǔ)理論在高新技術(shù)中的閃光點,提高在教

展現(xiàn)基礎(chǔ)理論在高新技術(shù)中的閃光點提高在教學(xué)中培養(yǎng)創(chuàng)新思維的自覺性北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院高盤良常常聽到學(xué)生說：“基礎(chǔ)理論遠水不解近渴”課堂上聽不到基礎(chǔ)理論在高科技中激動人心的輝煌反映：化學(xué)教材的編寫及課堂教學(xué)不能適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)的需要后果：必將大大挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和積極性，直接影響到具有創(chuàng)新能力的化學(xué)人才的培養(yǎng)，必須引起高度重視和認真研究。有一個學(xué)生學(xué)習(xí)了物理化學(xué)課程后體會：物理化學(xué)是一門令人愛恨交加的課程，當(dāng)你走得越遠，才發(fā)現(xiàn)她離你越近。基礎(chǔ)理論與現(xiàn)代科技的關(guān)系基礎(chǔ)理論與現(xiàn)代科技關(guān)系密切，在世界經(jīng)濟由工業(yè)經(jīng)濟向知識經(jīng)濟轉(zhuǎn)變階段，基礎(chǔ)理論為國民經(jīng)濟提供的新技術(shù)將發(fā)揮越來越直接的作用?；A(chǔ)理論與現(xiàn)代科技的關(guān)系基礎(chǔ)理論是高新技術(shù)的先導(dǎo)和源泉。基礎(chǔ)理論每當(dāng)取得突破性進展往往會促進應(yīng)用研究和技術(shù)開發(fā)，最終形成大產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)理論與現(xiàn)代科技的關(guān)系以物理化學(xué)為例在分離科學(xué)中具有劃時代意義的超臨界流體萃取、用相圖指導(dǎo)釹鐵硼強永磁材料的制備、應(yīng)用反膠束作為納米反應(yīng)器制備納米粒子…基礎(chǔ)理論與現(xiàn)代科技的關(guān)系說明化學(xué)中的基礎(chǔ)理論通過化學(xué)家的創(chuàng)新研究對高新技術(shù)所起的巨大的

推動作用?；A(chǔ)理論與現(xiàn)代科技的關(guān)系

我們應(yīng)在基礎(chǔ)層次上尋找前沿的根，作為教師應(yīng)充分發(fā)掘這些“閃光點”，讓原理在科學(xué)研究和實際應(yīng)用的實例中展現(xiàn)其活力，提高創(chuàng)新能力。基礎(chǔ)理論與現(xiàn)代科技的關(guān)系

舉一些“閃光點”為例說明化學(xué)基本理論在現(xiàn)代科技中發(fā)揮的巨大推動作用。基礎(chǔ)理論與合成化學(xué)、

新材料的制備

(1)合成氨技術(shù)

2007年度諾貝爾化學(xué)獎頒發(fā)給德國化學(xué)家格哈德埃特爾以獎勵其揭示固體表面的化學(xué)過程研究中作出的杰出貢獻基礎(chǔ)理論與合成化學(xué)、

新材料的制備如鐵催化劑表面的合成氨反應(yīng)歷程，經(jīng)多方面精確實驗證明屬于

朗格謬—欣謝爾伍德歷程合成氨反應(yīng)歷程（舊）合成氨反應(yīng)歷程

（新）合成氨反應(yīng)歷程

（新）合成氨反應(yīng)歷程

（新）裂解的氮原子和氫原子同時被吸附在兩個相鄰的活性中心上，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锇薄Ｑ芯拷沂?，氮分子的裂分比反?yīng)的其他步驟要慢得多，一旦氮裂分，其后的反應(yīng)就以極快的速率發(fā)生，以至氨形成并離開表面。合成氨反應(yīng)歷程

（新）而鐵催化劑中作為助催化劑鉀的加入使得氮的吸附解離（速控步）變得更容易，從而加快了催化反應(yīng)速率?；A(chǔ)理論的重大發(fā)現(xiàn)為合成氨催化劑的研究指明了方向,

必將促進合成氨工業(yè)的飛速發(fā)展.(2)釹鐵硼強永磁材料的制備

目前公認的得到廣泛應(yīng)用的是釹鐵硼強永磁材料釹、鐵的熔點高釹金屬活潑

釹

鐵

硼熔點/℃1024

1535

2177采用先制備純的釹、鐵、硼是不現(xiàn)實的.釹鐵硼強永磁材料的制備

凝固點降低原理、二組分體系相圖，巧妙地設(shè)計了一個電解裝置才攻克了備制的難關(guān)。釹鐵硼強永磁材料的制備凝固點降低原理：鐵—釹合金在遠遠低于熔點的

640℃形成含釹

68.5％時的低共溶物，釹鐵硼強永磁材料的制備先用熔鹽電解法制備鐵-釹合金

(所得低共熔物含釹可高達88.5％)，為在鐵-釹合金中摻入鐵及硼創(chuàng)造了條件。

釹鐵硼強永磁材料的制備設(shè)計了如下的工藝條件:(1)配制富含釹的電解液，如三氯化釹(2)選擇電解溫度，使其比640℃略高；(3)電解產(chǎn)生的釹在鐵電極金屬上生成熔融狀態(tài)的釹鐵合金溶液，由于密度大于三氯化釹，不斷滴入接受器，以保持電極金屬鐵表面是新鮮的，因此設(shè)置釹-鐵合金接受器是一個巧妙的構(gòu)思。釹鐵硼強永磁材料的制備

釹鐵硼高性能的強永磁材料的制備是相圖理論指導(dǎo)的成果之一古老的相圖理論在高新技術(shù)中喚發(fā)出青春。(3)反相微乳法及膠團法制備

納米粒子

納米微粒是指顆粒尺寸為納米量級的超細微粒，以1nm的粒子與乒乓球相比，猶如把一個乒乓球放在居住著全人類的地球上。反相微乳法及膠團法制備納米粒子納米材料具有許多神奇的功能高機械強度：大于鋼100倍，1/6重量反相微乳法及膠團法制備納米粒子納米材料具有許多神奇的功能如此微小尺度的材料是怎么制得的？化學(xué)家利用了膠體化學(xué)中具有納米尺度的反膠束（油包水）作為納米反應(yīng)器用于制備納米粒子反相微乳法及膠團法制備納米粒子以碳酸鈣納米粒子制備為例油包水膠束（3～6nm）Ca(OH)2CO2Ca(OH)2反相微乳法及膠團法制備納米粒子反相微乳液法：①雙微乳法，即混合含有

2種反應(yīng)物的反相微乳液反應(yīng)在微水核中進行，并成核、長大，最后得到納米粒子．反相微乳法及膠團法制備納米粒子反相微乳法及膠團法制備納米粒子

②單微乳法往含有反應(yīng)物A的反相微乳液中加入反應(yīng)物B(或氣體）．反應(yīng)物B在反相微乳液系統(tǒng)中擴散，透過表面活性劑和助表面活性劑組成的復(fù)合膜向微乳內(nèi)核中滲透，A、B在微水核中混合并反應(yīng)。反應(yīng)物的滲透擴散為控制過程。TiO2納米粒子就是采用單微乳法制備的。

反相微乳法及膠團法制備納米粒子納米BaCO3的制備配制BaCl2和

Na2CO3兩個水溶液反相微乳液表面活性劑C12E4

環(huán)己烷等體積的A與B微乳混合制成納米BaCO3。反相微乳法及膠團法制備納米粒子在“十一酸/癸胺/癸烷/水”正負混合反膠束體系中，利用聚合物的誘導(dǎo)作用合成羽毛狀BaWO4納米線超結(jié)構(gòu)反相微乳法及膠團法制備納米粒子“十一酸/癸胺/癸烷/水”體系中，通過改變正負混合表面活性劑配比合成樹枝狀BaCrO4納米帶超結(jié)構(gòu)Ba2++CrO42-24h(4)電化學(xué)合成及電催化

電化學(xué)合成是指用電化學(xué)方法去合成無機及有機化學(xué)物質(zhì)利用電極反應(yīng)動力學(xué)原理即多相電催化選擇或修飾電極材料與降低超電勢

加速特定的電極反應(yīng)電化學(xué)合成及電催化葡萄糖陰極電還原合成甘露醇和山梨醇為例，電化學(xué)合成及電催化電化學(xué)合成及電催化“一箭雙雕”的反應(yīng)，即一個反應(yīng)物在同一電極上生成兩個有用的產(chǎn)物：甘露醇和山梨醇，而且甘露醇附加值更高。電化學(xué)合成及電催化

石墨、金屬鉛、雷尼鎳三種材料作陰極以雷尼鎳的電流效率最高

催化活性最高,

雷尼鎳的選擇性好

甘露醇的相對含量最高電化學(xué)合成及電催化新興工業(yè)正處于篷勃發(fā)展階段基礎(chǔ)理論與

現(xiàn)代分離技術(shù)

①超臨界流體萃取超臨界流體萃取是分離科學(xué)中有劃時代意義的科學(xué)進步。

②蛋白質(zhì)微乳分離技術(shù)(1)超臨界流體萃取

基本原理

☆溶解度定律

☆三組分體系二相平衡的分配定律

☆焦爾-湯姆遜效應(yīng)超臨界流體萃取超臨界流體萃取超臨界流體萃取

態(tài)4→5：溶解度隨溫度升高而降低，為使分離完全而升溫

態(tài)5→5﹡：態(tài)5為萃取物的過飽和混合物，萃取物自動析出，與CO2分離

(2)蛋白質(zhì)微乳

分離技術(shù)

基本原理

表面活性劑

油包水微乳

蛋白質(zhì)等電點蛋白質(zhì)微乳分離技術(shù)

有兩種蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)分子量等電點pI溶菌酶1450011.1核糖核酸酶137007.8

蛋白質(zhì)微乳分離技術(shù)表面活性劑的兩性（親油和親水）蛋白質(zhì)微乳分離技術(shù)水

水包油

5～100nm

油包水

3-6nm蛋白質(zhì)微乳分離技術(shù)蛋白質(zhì)微乳分離技術(shù)蛋白質(zhì)等電點（兩性的性質(zhì)）

蛋白質(zhì)微乳分離技術(shù)基礎(chǔ)理論與新能源

世界能源儲量：

煤炭儲量可開采100～150年，天然氣儲量可開采50～60年，石油儲量可開采30～40年。基礎(chǔ)理論與新能源基礎(chǔ)理論與新能源基礎(chǔ)理論與新能源可燃冰(甲烷水合物)為什么“冰”能燃燒?亨利定律基礎(chǔ)理論與新能源基礎(chǔ)理論與新能源2007年能源領(lǐng)域年度十大新聞，

南海北部成功鉆獲可燃冰實物樣品天然氣水合物的發(fā)現(xiàn)展示了

后石油時代的美好前景

天然氣水合物開發(fā)利用研究

已列為22項前沿技術(shù)之一。

天然氣水含物研究的應(yīng)用前景：與液化天然氣和管道儲運技術(shù)相比

存儲空間小，存儲量大，儲氣條件相對溫和，安全，高效，經(jīng)濟。應(yīng)用前景的拓展：

海水淡化，空調(diào)蓄冷，氣體分離基礎(chǔ)理論與新能源基礎(chǔ)理論與新能源

化學(xué)電源基礎(chǔ)理論與新能源

銀鋅電池輕而小，又適于大功率放電全釩電池是一種理想清潔的綠色能源。我國釩資源豐富，是值得研究發(fā)展的一個方向，基礎(chǔ)理論與新能源

鋰電池鋰是諸金屬中具有質(zhì)量輕、Li／Li+電極標準電極電勢最負，導(dǎo)電性和機械性能良好等優(yōu)點，自20世紀80年代以來是研究的熱點之一成為最有競爭力的高能電池之一?；A(chǔ)理論與新能源

燃料電池是十分清潔的發(fā)電裝置，重要的發(fā)電手段服務(wù)于人類。儲氫合金LaNi5是CaCu5型結(jié)構(gòu)，六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)晶胞中有6個變形四面體儲氫空隙“小問題”有大道理化學(xué)原理無處不在一個化工廠、制藥廠…工藝中的每一個步驟都包含有物理化學(xué)原理我們周圍生活中化學(xué)原理無處不在。結(jié)合這些“小問題”可以使書本上的理論變得生動而容易理解，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)視角?！靶栴}”有大道理愛斯基摩人根據(jù)季節(jié)的變換從汪洋大海含鹽海水中取出不含鹽的淡冰小鍋炒菜為什么色香味俱佳？酶催化和化學(xué)反應(yīng)速率的負溫度系數(shù)在起作用“小問題”有大道理2008年我國南方地區(qū)遭受的大面積凍雨災(zāi)害的

凍雨即是過冷水滴

過冷水滴即單組分體系相平衡中的亞穩(wěn)態(tài)水，與穩(wěn)定態(tài)的固態(tài)的冰或雪不同“神七”航天員出艙前的準備工作：

吸（純）氧排(血液中）氮

為避免進入低壓環(huán)境后

血液中溶解的氮析出

在血管中形成氣栓

原理:亨利定律

減壓使氣體溶解度降低“小問題”有大道理創(chuàng)新是關(guān)鍵基礎(chǔ)理論是根本常教常新是保證課堂教學(xué)要改進

創(chuàng)新是關(guān)鍵

基礎(chǔ)理論是普遍性的原理，將其應(yīng)用于實際關(guān)鍵是具有創(chuàng)新能力的研究工作者。

創(chuàng)新是關(guān)鍵

蛋白質(zhì)微乳分離技術(shù)知識點相平衡中萃取的

分配定律有機化學(xué)中

蛋白質(zhì)的等電點膠體化學(xué)中

表面活性劑和乳化作用

創(chuàng)新是關(guān)鍵超臨界流體萃取技術(shù)理論基礎(chǔ)是：臨界現(xiàn)象、兩相平衡分配定律及焦爾—湯姆遜效應(yīng)創(chuàng)新是關(guān)鍵

說明：高新技術(shù)的基礎(chǔ)在基本理論必須有掌握這些基本理論的科學(xué)工作者具有創(chuàng)新思維的能力否則怎能將許多分散在不同學(xué)科不同領(lǐng)域看來風(fēng)馬牛不相及的知識點結(jié)合起來形成高新技術(shù)呢?基礎(chǔ)理論和創(chuàng)新思維是高新技術(shù)的二個支柱創(chuàng)新是關(guān)鍵前沿領(lǐng)域日新月異,根部深植于并不深奧的基礎(chǔ)理論和并不復(fù)雜的方法之中應(yīng)在基礎(chǔ)層次上尋找前沿的根作為教師應(yīng)充分發(fā)掘這些“閃光點”讓原理在科學(xué)研究和實際應(yīng)用的實例中展現(xiàn)其活力基礎(chǔ)理論是根本

要實現(xiàn)創(chuàng)新必須對基礎(chǔ)理論有正確的理解和熟練的掌握化學(xué)教學(xué)任何時候都不能放松基礎(chǔ)理論這個“根本”丟掉了“基本”創(chuàng)新就成了無源之水只是空喊的口號2006年諾貝爾化學(xué)獎科恩伯格報告（2008.11.12）對于初學(xué)化學(xué)的人，基礎(chǔ)最重要,