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40歲的李天樂目前供職于美國施貴寶制藥公司,擔任化學研究員迄今已有10年。其39歲的丈夫王曉業則是一名電腦工程師。據知情人稱,李天樂當年在北大曾有一位男友,后來王曉業“橫刀奪愛”,隨后兩人赴美,并在美國結婚。2008年,兒子出世后,他們搬到一處高檔社區。按理說生活質量日益提高,一家人的日子應該更和美才是。然而兩人的婚姻在一年之后便出現問題。鄰居們經常能聽到這對夫妻吵架的聲音,妻子的聲音往往比丈夫的聲音大,警察幾乎每周都要上門調查。
多次發生家庭糾紛,李天樂和王曉業下決心開始辦理離婚手續。1月14日,王曉業出現疑似流感癥狀,于是自己開車前往普林斯頓大學醫療中心檢查,經過兩個星期治療,情況不但未見好轉,反而趨于嚴重。25日,醫院經過反復檢驗,證實王曉業系放射性金屬鉈中毒,并隨即向聯邦調查局(FBI)舉報。26日,王曉業不治身亡。
兩天后,李天樂因涉嫌投毒謀殺丈夫遭逮捕。調查人員發現,2010年12 月至2011年1月期間,身為施貴寶制藥公司研究員的李天樂先后數次向公司申請領取鉈,且劑量一次比一次大。李天樂被捕后,2歲的兒子即被當局帶走,由新澤西州青年與家庭服務處監護,并安置到寄養家庭。
李天樂為何要投毒殺夫?緣于性格的偏執。她原本是個活潑聰明又能干的女孩,可是性格很強勢,特愛較真,因此做過很多出格的事。比如,她曾騷擾昔日男友的老婆,工作上的矛盾不鬧到公司領導那里不甘心,生活中的瑣事不鬧到法院和警察局不罷休。而她一直認為自己是正確的、是受害者,覺得這世道對她不公正。
王曉業則與之相反,他性格開朗活潑,善于為人處事,愛說愛笑,愛玩愛熱鬧,認識的女孩很多,并陸續有了緋聞。可能正是這一點,讓李天樂無法容忍。
今天,化學已經幾乎在每一種可以想到的產品中發揮著作用。在美國,制造商注冊的化學制品已超過83000種,其中的一些用途十分廣泛,從食品到塑料,從卡車到電子產品,幾乎無所不包。
然而不論是對人還是對環境,制造、使用和處理化學制品都是有風險的,畢竟有些化學制品的原材料是有毒的,例如汞和鉛。而另外一些化學制品則可能非常耗費能源、水或者其他自然資源,而人們在使用或拋棄它們時,一些物質又會污染空氣、水或者土壤。
例如一種高科技滑板,它是用一種堅固的聚碳酸酯塑料制造的,然而,這種物質的“構件”是一種名為雙酚A的分子,一旦進入到水中就會給環境帶來麻煩,它們會污染食物,還引發其他的問題。
好在人們面對這種狀況并不是無能為力的,有些人專門從事應對環境風險的化學研究,他們的目標就是保證消費品的安全性和對環境的“友好性”。這些人就是“綠色化學家”。
從洗衣粉中滋生的水網“毒瘤”
“綠色化學家”現身于上世紀90年代早期,當時,美國化學家保羅?阿納斯塔斯(Paul Anastas)正在為美國環境保護署工作,他發現,化學家們通常在產品問世很久以后才開始調查其中的化學品會帶來怎樣的環境風險。鑒于此,阿納斯塔斯呼吁改變這種狀況,他倡議化學家們在設計產品時從一開始就考慮安全和環保的問題。
綠色化學家很關注的一種化學物質叫表面活性劑,這種物質幫助液體混合,例如水和油。每個表面活性劑的分子都有兩端,一端表現為親水性,這意味著它吸收水,另一端表現為斥水性,表明它排斥水。
表面活性劑是洗衣粉中的重要材料,它幫助人們除去衣服的污垢,這些污垢常帶有油污的成分。在美國,洗衣粉中的表面活性劑通常由一種名為“壬基酚聚氧乙烯醚”的化學物質充當,它是很優秀的表面活性劑。由于這個名字太長,化學家們一般稱它為NPEs。
一旦NPEs完成了使命,它們會進入污水處理廠,但污水處理廠并沒有將NPEs從污水中完全清除掉,于是它們便隨著處理過的水排放到了江河或者湖泊中。這時的NPEs依然保留著部分功能,它們會分解成另外一種名為“壬基苯酚”的化學物質,而這種化學物質對魚和綠色植物是“劇毒”的。
正是因為這個原因,加拿大和歐盟都禁止在洗滌劑中使用NPEs。但在美國,每年依然有幾千噸這種化學物質被使用,這樣一來,研究人員在北美水網中查出高水平的NPEs就不足為奇了。
找到了一種“替代品”
拉馬斯瓦米?納卡拉占(Ramaswamy Nagarajan)是美國麻省理工大學的塑料工程師,他和他的學生們研發了一種NPEs的取代物,他們使用一種綠色資源――水果皮制造這種環保的物質,而他們這樣做的靈感來自于一種生活在墨西哥灣的微生物。
2010年4月20日,位于墨西哥灣的“深水地平線”鉆井平臺發生爆炸并引發大火,沉沒的鉆井平臺泄漏了大約500萬桶原油。這以后,海中的微生物便開始分解這些原油。納卡拉占發現,那些微生物制造了一種自然的表面活性劑,這種物質含有連接糖分子的長鏈,稱為多糖體。于是,這些科學家產生了將自然的多糖資源轉變成新的綠色表面活性劑的想法。
他們想到的制造NPEs取代物的原料是果膠。果膠是可食用的多糖體,水果皮和其他食物殘渣中就含有這種物質。事實上,罐頭制造商也在果醬和果凍中添加果膠以使食物凝成膠狀。更為重要的是,納卡拉占注意到,微生物能夠分解它們。由于自然的果膠是無害的,它們會消失在環境中,這和不降解又污染環境的壬基苯酚是不一樣的。
為了將果膠轉變成表面活性劑,化學家們需要在每一個果膠分子中添加一組原子,這要用上一種特殊的實驗用微波爐,處理過程大約30分鐘。這個過程完成后,每個果膠分子的一端便有了一群親水的原子,即親水的化學基團,而另一端則是親油的化學基團。
但在表面活性劑廣泛被果膠取代以前,綠色化學家們還有很多事情要做,其中一個有待解決的問題是果膠的分子太大,難以溶解于水,所以納卡拉占和他的研究小組正在攻克這個難題。另外一個問題就是效果,和目前市場上的洗衣粉相比,以果膠為原料的新產品去油和去污的能力還是稍遜一籌,這是因為它們缺乏斥水的化學基團。假若解決了這些問題,效果就會好起來。
裝扮成荷爾蒙的抗菌劑
以果膠為原料的表面活性劑引起了人們很大的興趣,科學家們也為這種產品申請了專利。美國環境保護署向科學家們提供了一筆資金,他們希望綠色化學家們能研發更多類似的綠色產品。
在化學制品中,有些會對生物體造成傷害,例如洗手液和肥皂,它們含有抗菌劑,是殺菌的化學物質,但長期使用會有副作用。例如,使用后的化學物質會進入湖泊和河流中,對環境造成損害。現在,有些綠色化學家注意到了這個問題,他們要設法解除這樣的環境風險。
三氯生(triclosan)能殺死手上的細菌,它是大量廚房洗滌產品的化學原料,然而有數據顯示,在自然環境中,三氯生正在起著損害環境的作用。為什么呢?原來,這種化學物質有可能幫助細菌產生針對于抗菌藥物的抗藥性。
除此之外,三氯生還可能發揮著內分泌干擾物的作用,這意味著這種物質有時會模仿荷爾蒙影響機體的生理活動。荷爾蒙是一種重要的化學物質,機體通過它們控制重要的生理活動,例如生長、睡眠、繁殖等等。當身體遭遇了一種裝扮成荷爾蒙的化學物質后,身體就有可能不適當地啟動或者關閉一些重要的細胞活動,從而改變身體的發育,或者引發疾病。例如,由于三氯生的活動很像荷爾蒙,它們就能影響動物的生長發育。在一些實例中,雄魚被雌性化了,裝扮成荷爾蒙的內分泌干擾物使雄魚的外表和行為變得和雌魚相似了。
三十年打造降解利器
綠色化學家們很想清除這樣的內分泌干擾物,然而這很難做到,因為擁有這種特性的化學物質太多了,何況它們中的很多還發揮著重要的工業作用,所以最可行的解決辦法就是在大自然中降解它們。美國卡耐基梅隆大學的科學家柯林斯經過30多年的研究,研發了一種能降解內分泌干擾物的化合物,他將這種化合物稱為TAMLs,這是“四氨基大環配位體”(tetra-amido macrocyclic ligands)的簡稱,是一種催化劑,有啟動或加速化學反應的作用。當它們和過氧化氫化合后,就能非常迅速地分解其他化學物質,只需要很少的量就能引發多種反應,整個過程不產生有害污染。
TAMLs能分解三氯生以及其他對水生植物和動物帶來風險的污染物,但科學家們擔心,TAMLs本身也會成為一種內分泌干擾物。于是,柯林斯和另外一位生物化學家,美國俄勒岡州立大學的羅伯特?坦圭(Robert Tanguay)一起用魚測試了TAMLs的效果。坦圭的工作對象是斑馬魚,這種小熱帶魚是非常理想的實驗動物。科學家們將斑馬魚的胚胎暴露在經過TAMLs處理的水環境中,他們發現,水中高水平的TAMLs對斑馬魚的正常生長沒有產生影響。科學家們還在水中加入TAMLs、過氧化氫和那些導致了雄魚雌性化的微量污染物,然后讓斑馬魚在這種水中活動,結果那些魚依然是健康的??茖W家們表示,接下來的實驗將轉向哺乳動物,他們要進一步搞清楚,TAMLs是否對哺乳動物也同樣有效。假若結果是肯定的,那么這種催化劑就有望廣泛運用于分解水污染物中的毒素了。
節能減排,綠色化學家不辱使命
即使你坐在家中,一種名為二氧化鈦的化學物質也有可能環繞在你的周圍,這種簡單的白色化合物具有很好的反光性,所以油漆制造商們使用這種物質“加白”或者“加亮”他們的產品。這種物質還會出現在其他產品中,包括食物類的布丁。然而,假若在產品中加入的二氧化鈦過多,產品就不“綠色”了。
鈦是地球上最豐富的元素之一,也是很多礦物的重要組成。一些企業開采這種材料,將其壓碎后加入其他化學物質,然后用900攝氏度的高溫予以加熱,這個過程耗費大量能源,并產生了很多污染物。
2013年,美國環境保護署在陶氏化學公司設立了一項“總統綠色化學挑戰獎”,目的是鼓勵企業減少油漆中二氧化鈦的使用量。
那么企業的解決方案又是什么呢?是一種新化學物質,名為Evoque。將這種東西混合在油漆里,就能使二氧化鈦的使用量減少20%。綠色化學家追求的目標之一是材料價值的最充分利用。由于減少了二氧化鈦的使用量,人們便達到了節約能源和減少污染的目的。
墨翟是先秦時期著名思想家,著有典籍《墨經》。在該書中,他說道:“端,是無間也?!本褪钦f物質若沒有了可分的條件,就不能再往下分了。墨子同時認為“端”是組成世界的最小單位,有現代“原子”的意味,這說明了他在當時對物質構造的獨特認識。所以說,墨子早已有原子概念的思想。
二、劉安
劉安是著名的西漢文學家和煉丹家。在他所著的《淮南萬畢術》中記有“曾青得鐵,則化為銅”,就是說銅鹽溶液遇到鐵單質時,就會有銅單質生成,即鐵與銅鹽溶液發生的置換反應。到宋朝時,采用這種方法冶銅已占當時世界冶銅量30%,已具相當規模。劉安在《淮南子》中有“老槐生火,久血為磷”的記載,即黃磷的自燃,西漢時能有這樣的記載說明劉安對多種元素的性質和轉化已相當熟悉。而近代布朗特(德國化學家)在1660年才發現磷元素,比劉安晚了一千多年。
三、魏伯陽
他是我國東漢時期煉丹家,生卒年代不詳。著有《周易參同契》,此書是現存世界上最早的一部煉丹術著作,所涉及的化學知識非常豐富。記載了“丹鼎”化學反應裝置,描述了汞容易揮發,汞和硫可發生化學反應生成丹砂(硫化汞)、鉛汞齊(汞鉛合金)等化合物。
四、葛洪
晉代煉丹家及醫學家葛洪的學問很豐富,他畢生的著作比班固和司馬遷的著作還多。葛洪研究各種藥方為民治病的同時,進行了大量的化學實驗,了解了許多無機物和一些簡單的化學反應。僅從《抱樸子》里,我們就可看到葛洪已具備豐富的化學知識。
①“丹砂燒之成水銀,積變又還成丹砂?!闭f的是丹砂(硫化汞),加熱分解即得到單質汞。汞與硫磺接觸又得到黑色的硫化汞。用丹砂可制水銀,在我國公元前就是常識,而葛洪是最早詳細記錄這一化學反應的人。
②“以曾青涂鐵,鐵赤色如銅?!痹嘀负蛩徙~的膽礬,以曾青涂鐵即以鐵和硫酸銅的溶液起置換反應,因為采用涂敷的方法,所以硫酸銅只在鐵表面發生作用。葛洪進而說:“外變而內不化。”可見,對于這一金屬置換反應,葛洪是作了仔細觀察的。
③“鉛性白也,而赤之以為丹,丹性赤也,而白之以為鉛?!便U單質可氧化為低價鉛白,鉛白又可氧化成高價的赤紅色的鉛丹。鉛丹又可還原為鉛白,最后還能還原為鉛。這表明葛洪對鉛的化學性質進行過深入考察和實驗。
④“取雌黃雄黃燒下其中銅,鑄以為器,覆之三歲淳苦酒上,百日,此器皆生赤乳,長數分?!贝泣S指As2S3,雄黃指As2S2,這段話就是對它們升華試驗的生動描述。
五、陶弘景
他是南北朝時的煉丹家。在他所著的《本草經集注》中已記載了焰色反應:“先時有人得一種物,其色理與樸消大同小異,胐胐如握鹽雪不冰。強燒之,紫青煙起,仍成灰,不停沸,如樸消,云是真消石也?!睒阆傅氖荖a2SO4,消石指的是KNO3(“消”和“硝”同義)。直到1854年,德國化學家本生才發現焰色反應,比陶弘景晚了一千多年??梢哉f,陶弘景是最早發現運用焰色反應的人。
六、馬和
馬和是唐朝著名煉丹家,在常年的煉丹試驗中,他最早發現記錄了空氣成分。他在典籍《平龍認》中記載:空氣有復雜的成分,主要由“陽氣”(氮氣)和“陰氣”(氧氣)組成,其中的氮氣比氧氣要多。并指出陰氣還在青石(氧化物)、火硝(硝酸鹽)等物質中大量存在,如果加熱就能釋放出來;水中也存在大量的陰氣,但性質穩定,很難再把它提取出來。
馬和著作一直流傳到清代,后來清廷昏弱被西方侵略者掠走。不過,后來的西方很多化學家在多部西方著作中都提到了馬和以及他的偉大發現。像克拉索夫就聲稱親眼見到了《平龍認》,還贊賞地記錄:“早在8世紀,中國科學家馬和就已明確指出了空氣成分的復雜,提出了制備氧氣(陰氣)的方法,并發展了燃燒的理論?!蔽鞣娇茖W家要比馬和的發現晚一千年。
七、孫思邈
唐代醫學家孫思邈在他的著作《丹經內伏硫磺法》中,最早詳細記錄了黑火藥的具體配置方法。發展到宋朝時,黑火藥的生產和應用已經相當廣泛。十三世紀中葉,中亞商人才將黑火藥傳入了阿拉伯世界和歐洲等地區。
八、沈括
沈括是北宋人,我國歷史上卓越的科學家。為了紀念他的貢獻,1979年國際上曾以“沈括”命名了一顆小行星。他的《夢溪筆談》是世界科技史上的重要著作,被李約瑟稱為“中國科技史上坐標”。他最早記錄了石油的出產、用途,并大膽預言“此物后必大行于世”,還第一個提出了“石油”這個命名,后來世界各國都基本沿用了“oil”這一名稱。
九、宋應星
明代著名科學家宋應星的著作《開工天物》曾在全歐洲引起轟動,在當時日本也被稱為“開物之學”,記載的化學知識相當豐富。例如,關于鋅的冶煉和銅鋅技術作為文獻是世界上首次記載,他這樣描述磷火:“暮夜鬼火游燒……直待日沒黃昏,此火沖隙而出……”說明宋應星生前已發現了白磷的自燃現象并有了深入了解。
作者v.a.帕瑟根是美國國家兒童健康和人類發展研究所物理與結構生物實驗室的主任。曾擔任《生物物理雜志》的編輯和生物物理協會的主席。
分子間的范德華力是十分微弱的,但可以說普遍的存在著,在很多體系中起著巨大的作用,在物理學、化學、生物學等學科中得到了廣泛的研究。但怎樣計算范德華力?如何考慮各種條件對范德華力的影響?
當水愛上化學
今年的活動以“當水愛上化學”為主題,帶來“水的研究”、“水的凈化”和“水的儲存”三個有關水的趣味小實驗。據了解,其中“水的研究”是在中國首次亮相,它與IUPAC(國際純化學和應用化學聯合會)化學教育委員會推出的“壘球實驗”有直接關聯,旨在讓孩子們理解化學在水資源保護中起到的重要作用。同時,它與“聯合國千年發展目標”相呼應,如在2015年前大幅改善安全飲用水供應狀況等。在“水的研究”這一實驗中,孩子們親手配制出高濃度糖溶液,將其置于純水層之下,觀察到塑料珠子和彩色溶液在自制“密度塔”水中的分層和表現。
據悉,在今年7月25日至8月2日的活動期間,“巴斯夫小小化學家”將在中國科技館迎接小朋友們的到來,提供免費化學實驗活動。
小小化學家,10年11萬
胡亞東最近一次欣賞音樂會,是半年前參加老同學資中筠的鋼琴音樂會,現場有一位12歲小朋友拉小提琴為她伴奏。
資中筠以82歲的年齡,鋼琴彈得這么棒,讓胡亞東感概、嘆服。
“音樂在我生命中是伴隨我時間最長的,甚至勝過我的專業化學?!?一談到音樂,胡亞東便興致盎然。他中學就讀于一所很有名的教會學校,從那時開始,他就迷戀上了音樂,70多年一直沒停。
早在1942年,年僅15歲的他就同幾個朋友組建了一個四重奏團。其中,現已經是中央音樂學院作曲系教授的楊儒懷當時曾擔任大提琴手,楊儒懷的哥哥楊周懷擔任中提琴手,胡亞東則擔任小提琴手。他們這個四重奏團參與了好幾次公演。
癡迷音樂的他在報考大學時,曾打算踏入音樂系大門,但一想到“玩音樂掙不到錢,難以維持生計”,還是忍痛而選擇了化學研究這條路。
盡管后來是搞化學了,但同時有了更多的機會來滿足他對音樂的濃厚欲望。胡亞東后來的人生歲月,化學研究、玩音樂并駕齊驅,還不時互相促進互相影響著。
談起音樂欣賞,胡亞東滔滔不絕,評起音樂家他頭頭是道。他對音樂不僅是愛好,而且有較深的研究。他是享譽京城的樂評人,極富音樂造詣和天分。他寫過60多篇音樂評論文章,他還出版了一本《聽,聽勃拉姆斯》的音樂欣賞隨筆。這些音樂隨筆言簡意賅、畫龍點睛、豐富優美、見地新穎,具有獨特魅力。
上世紀50年代,胡亞東到蘇聯留學,有機會就去聽音樂會,貝多芬的“交響樂”、施特勞斯的“圓舞曲”,以及蘇聯那些有名的演奏家的音樂會大部分都聽了。他還到列寧格勒冬宮等處參觀著名的雕塑和美術作品,真是大開眼界。這使他的課余生活豐富多彩。
在圣彼得堡他曾有一年聽數十場音樂會的經歷,收藏的各類音樂唱片3000多張。20世紀80年代,中央樂團的指揮石叔誠準備去西班牙演出,到處尋找一張莫扎特的鋼琴四重奏唱片,最后是在胡亞東家里找到的,石叔誠頗感意外。
15年,和陸卓明的知音歲月
談到他的愛好音樂的經歷,胡亞東就不能不提到陸卓明。陸卓明是北京大學經濟學院教授,我國著名的世界經濟地理學家和教育家,是原燕京大學校長陸志偉之子。
他倆保持了15年的音樂友誼,一直到1994年陸卓明離世,這段音樂友誼不得不戛然而止。那段時間兩人都認為找到了真正的知音,共同欣賞、探討、評論音樂。
“十幾年,太短了,但是這也是很難得的機遇,人生能有幾個知音!幾個十年!從短短十幾年的交往中,我們都深深體會著音樂的友誼,為我們的生活增添了無數的光彩?!?/p>
胡亞東說,對于喜歡音樂的人甚至音樂家,廣泛聆聽不同演奏家演奏不同作曲家的作品,不但是必須而且是必然的。
上世紀80年代末的十多年中,陸卓明和胡亞東幾乎把西方巴洛克、古典主義、浪漫主義、印象派、新古典主義、民族風格等19世紀以前的名曲都聽遍了。而且某些名曲還收集了多種演奏風格的錄音反復聆聽。
“卓明的音樂修養比我高,他的鋼琴彈得很好,”胡亞東說,他見到過陸卓明的學生們稱贊陸卓明講課之美,“這大概也和他深厚的音樂修養有關。曾聽說他招考研究生時,甚至除了專業地理外,必須喜歡音樂,否則不收!真是妙極了?!?/p>
1983年胡亞東到巴黎任職于聯合國教科文組織。在巴黎他享受了音樂。巴黎的音樂生活是非常豐富的,歌劇、交響樂、室內樂,幾乎天天數場,但胡亞東卻因為阮囊羞澀,幾年也沒聽過幾次。但唱片可多次聆聽,選擇余地又廣闊,他便選擇了后者,幾乎每星期都得買幾張。就是在這段時間,他差不多跑遍了巴黎的唱片店,兩年多時間收集了上千張唱片。而且幾乎把每張唱片都錄成盒式錄音帶,分期分批托人帶回北京給陸卓明欣賞。那時候他們每月會書函往來,通信的內容都是對這上千種錄音的分析和討論。
愛樂人生趣事多
在胡亞東的愛樂人生中,自然還有不少趣事。一次,他隨中國科學院代表團出訪以色列,當時的以色列外交部副部長雅戈爾博士設宴招待代表團。席間,胡亞東和雅戈爾閑聊起了音樂。令雅戈爾吃驚的是,“一個中國科學家竟然對猶太籍的音樂家了如指掌”。飯吃到一半,雅戈爾竟然邀請他一起去聽當晚的一場莫扎特的音樂會,他倆硬是把十多位中、以雙方客人包括中國科學院副院長孫鴻烈等人丟下,“這的確是一次非常有趣的遭遇。”
“音樂的確可以凈化人的心靈,如果兼之有豐富的文化素養,一般不會做壞事,強大的美可以抑制丑的滋長?!焙鷣問|感慨,音樂的美是難以名狀的,那強烈的可以震撼人心,委婉的可以催人淚下,悠長的可以令人深思。
不僅喜歡音樂,胡亞東還是一位“雜學家”,愛好廣泛,文化情趣濃厚。他喜歡詩詞,是中關村詩社的創始人之一;他喜歡攝影,數碼相機就有很多,荷花、牡丹、月季、仙人掌、郁金香等各種花卉照片有上萬張;他喜歡養花、收藏奇石瓷器;他對書法繪畫、評酒品茶也頗感興趣;他喜歡讀書,古今中外他感興趣的書刊盡收囊中,書柜直到天花板。
胡亞東是自然科學家,但對文學、歷史、哲學、美學以及圖書情報學等多有涉獵。他是高分子化學家,但對其他化學領域和化學交叉學科甚至一些不搭界的學科也比較熟悉。
談到科學和藝術,胡亞東認為,自然科學家在接觸文學和藝術時,可在他們的思想中注入更多的感情和激情,他會從另一個角度開闊自己的思路。
就教育而言,以前在中國曾強調過“通才教育”,后來受蘇聯的影響,更多培養“專才”,在胡亞東看來,其實工程師也不是機械的,沒有藝術素質的工程師難以做出一流的工作。
胡亞東認為文化素質是中華美的靈魂。他說中國科學院作為科學文化機構,文化氣息是每個科研機構應該具備的。為此他曾主張在化學所大樓設一個類似沙龍似的咖啡廳,讓大家在這種寬松、和諧、高雅、友好的氛圍中談科學、談文化、談藝術,以文會友,以情會友。
今天,胡亞東仍然在享受著他多樣愛好的人生:“有人說我不好好研究化學,卻熱衷于那么多愛好,看上去有點另類,其實正是這種另類,使我不但在化學上取得了成功,而且業余生活豐富多彩。用‘另眼’看世界,你將體會到海闊天空的美好?!?/p>
胡亞東說,對一個人來說有廣博的知識和多種愛好,無疑對生活和工作都能起到豐富的作用。
他寫過一首自題詩很令人玩味:
專業未探深,雜學似精通。
喜交天下客,聰穎不超人。
談笑生風趣,筆下有深情。
才情來眾生,任隨你我評。
(責編:蕭茵)
事業與愛情兼收的美夢,
北大才女轉愛清華才子
今年43歲的李天樂是地道的北京人,外表溫婉清麗,骨子里卻十分爭強好勝。在聚集了中國最頂尖人才的北大,身材高挑、成績優秀的她仍然非常出眾。
學業精進的同時,李天樂也收獲了愛情:讀本科時她就與同班同學陳華相戀,其后雙雙考上了研究生。兩人都是對方的初戀,李天樂性格強勢,但陳華事事遷就她,兩個人關系融洽。他們一起到圖書館看書,在實驗室里做實驗,感情單純而專一。
然而這段感情卻因王曉曄的出現陷入了危機。王曉曄就讀于清華大學精儀系,成績優秀。在北大和清華的學生會共同舉辦的一次學生聯誼活動中,王曉曄對秀麗的李天樂一見鐘情,舞會上,他徑直走到李天樂面前邀她共舞。兩人默契的配合、曼妙的舞姿,贏得了陣陣掌聲。
之后,王曉曄對李天樂展開了瘋狂的愛情攻勢。得知李天樂“名花有主”,王曉曄并沒有退卻,在這位清華才子看來,他有信心贏得這場愛情戰役。
為了追上李天樂,王曉曄努力創造機會。當他了解到李天樂想出國后,王曉曄興奮地說:“天樂,我和你一樣也有出國的想法,我支持你!”二人在出國留學的話題上聊得很投機。李天樂很早就有了出國的想法,但父母不放心她一人異國闖蕩,而且陳華一直反對,讓她十分郁悶。王曉曄抓住這個機會,乘勝追擊。為了李天樂,王曉曄到北大上選修課,幫她占座甚至搶著為她洗臟衣服。一次,李天樂上樓時扭了腳,王曉曄二話不說,連著幾天背著李天樂上下樓。
可是,雖然李天樂對陳華不愿出國深造、安于現實不滿意,但除此之外,陳華是個無可挑剔的男朋友。王曉曄知道李天樂的矛盾糾結,他和李天樂一起上托??荚囕o導班,一起查閱國外學校信息,一起投遞申請自薦表。王曉曄一再向李天樂保證:美國有世界頂尖的學術環境,他們一定會擁有輝煌的事業,而且會一輩子愛她。令人憧憬的美好事業和愛情,讓李天樂動搖了。
1997年底,李天樂和王曉曄收到了賓夕法尼亞大學發來的錄取通知書。1998年2月,兩人坐上了飛往美國的國際航班。在機場候機時,李天樂突然淚雨潸然,她直視王曉曄:“現在我放棄了初戀,別離了父母,跟著你到美國去闖蕩,你不會讓我失望吧?”王曉曄堅定地承諾:“相信我,我們一定會成功,而且我會把你放在手心里,愛你一輩子!”
剛開始,王曉曄與李天樂作為留學生,不能在美國正式就業,經濟壓力非常大。他們只能租住在地下室。為了改善生活條件,王曉曄利用課余偷偷到中餐館打工。由于他打的是“黑工”,中餐館給的工錢很低,但免費管飯。王曉曄每次只吃一點點,余下的飯菜全部打包,帶回去給李天樂吃,這讓李天樂十分感動。雖然生活困苦,他們的愛情卻很甜蜜,王曉曄總是樂觀地安慰李天樂:“困境會很快過去的,總有一天,我們會在美國擁有溫暖的家!”
現實婚姻打碎愛情憧憬,
丈夫改變令嬌妻失望不滿
2000年秋,王曉曄與李天樂同時從美國賓夕法尼亞大學畢業。不久后,王曉曄在華爾街一家電腦公司謀到了電腦軟件工程師的職位,而李天樂也被美國一家知名企業錄用為化學研究員。
這個時候,他們在美國的生活跟初來美國時的艱苦已經大相徑庭。但此后,王曉曄和李天樂的感情卻沒有越來越好,相反,矛盾越來越多,越來越大。李天樂骨子里的爭強好勝和錙銖必較,在王曉曄忙于工作、疏于情感照顧之后越來越明顯地表現出來。
2001年9月,王曉曄和李天樂舉辦了簡樸的婚禮?;楹蟛坏?個月,他們的綠卡申請就批下來了。拿到綠卡的那一天,兩個人都很興奮。王曉曄摟著李天樂說:“下一步我們盡快生個孩子吧?!崩钐鞓窛娏死渌骸耙俏覒言谐闪巳毺?,憑你一個人的薪水養家糊口,買房子那是猴年馬月的事啊?!蓖鯐詴舷胂肫拮拥姆治鲇械览?,于是沒再說話。
王曉曄的公司人才濟濟,競爭壓力非常大,每次回家,他都累得精疲力竭,原先由他“大包大攬”的家務活越做越少。李天樂很不滿,常常“特意”把一些家務活留下來,等王曉曄回家后完成。一天晚上,李天樂叮囑王曉曄把衣服洗了,王曉曄推說過一會再干,李天樂忍不住埋怨:“以前都是你做家務,現在你干得越來越少了。”王曉曄盯著電腦沒抬頭,隨口說:“你沒看我忙著嗎?”他的漫不經心一下子激怒了李天樂:“就你工作忙,我的工作不忙嗎?你太自私了!”“我自私?我這么忙你就不能體諒我一下嗎?”聽了王曉曄的話,李天樂提高了音量,“你結婚之前是怎么答應我的?現在你完全變了!”“戀愛能和結婚一樣嗎?生活是平淡的,你應該更現實一些。你看,我們的生活條件不是越來越好嗎?”想到王曉曄以前處處讓著自己,現在不但不如原來對自己那么好了,竟然還敢跟自己吵架,李天樂又生氣又委屈。吵了一陣后她忍不住哭了起來,王曉曄見狀趕緊賠禮道歉,并表示以后多做家務、多陪妻子。
但此后,王曉曄的許諾并未兌現,他依然忙于工作,這讓李天樂對婚后的生活越來越失望。2006年農歷正月初一,王曉曄被公司安排到洛杉磯出差。李天樂不滿地阻止:“今天是大年初一,中國人講究合家團圓,你就不能為我推遲一下出差的時間嗎?”王曉曄解釋:“這是老板的安排,我也沒辦法。”聽了王曉曄的話,李天樂一邊向屋外走去一邊說:“那我到你們公司找你們老板當面說理去!”車子剛發動,王曉曄沖過去一把關掉了引擎,奪過車鑰匙說:“公司正要裁員,你這么一去,說不定理討不到,還會給老板留下壞印象!”“是我重要還是老板重要?”李天樂惱怒地說。王曉曄沒理會妻子,邊走邊說:“天樂,咱們夫妻共同生活的時間長著呢,作為妻子,你應該大度一些不要這么斤斤計較?!闭f完,他開著車絕塵而去。王曉曄走后,李天樂傷心地哭了半天,她覺得王曉曄對自己越來越冷漠。
2007年5月,李天樂的一位同學從國內到美國進行商務考察,從同學口中得知,陳華在她出國不久后就娶妻生子了。相戀多年的初戀情人轉眼就把自己忘了,李天樂心里很難受,想到現在的婚姻更加失落。男人都一樣,戀愛時甜言蜜語,不過是為了得到,其實根本不在乎。那天晚上,李天樂對王曉曄發了一通脾氣,王曉曄覺得李天樂沒事找事,也就頂了幾句。這無疑是火上澆油,李天樂聲嘶力竭地哭喊:“王曉曄,你是個負心漢,我拋棄愛情、頂著父母的壓力跟你來到美國,你給了我什么?當初你是怎么說的?我真恨瞎了眼嫁給你!”這些話讓王曉曄很受傷,他負氣地回敬:“你要后悔那就回去找陳華吧。”說完,他就開車出去找朋友喝酒了。
李天樂內心苦悶,可在美國又沒有閨蜜傾訴,想打電話回家,但她在美國一直是報喜不報憂,不忍心讓年邁的父母再替自己擔心。實在找不到發泄口,李天樂竟怨恨起陳華來,如果當初他同意跟自己一起出國,現在的日子一定不會變成這樣。她越想越氣,最后撥打從同學那要來的陳華的電話,向陳華發泄了一通,把他罵得莫名其妙,還沒等陳華緩過神來,李天樂就掛了電話。掛了電話,她想想還是不解氣,又發短消息對陳華侮辱了一番。
投鉈殺夫,
針鋒相對激怒強勢妻子引爆悲劇
2008年3月,王曉曄和李天樂決定買房。李天樂要強的個性不想仰人鼻息,她提出購房款采取“AA”制,各拿一半。
裝修期間,大到窗簾沙發,小到小擺件,兩人都精心挑選。他們仿佛又回到了當初戀愛階段,王曉曄處處尊重李天樂的意見,對她極盡體貼溫柔。住進新房后,王曉曄刻意放慢了工作節奏,推辭了一些出差安排,想修補出現裂痕的夫妻關系。
此時,李天樂的年紀已經不小了,她決定生個孩子,滿足丈夫長久以來的期待,也希望孩子能讓丈夫多關心家庭,婚姻生活更好地改善。幾個月后,李天樂懷孕了。得知李天樂懷孕的消息,王曉曄當即表示:“天樂,買房裝修咱們的積蓄都花光了,以后養孩子花錢的地方更多,我要為你和孩子努力工作?!蓖鯐詴显俅蚊β灯饋?,他主動承接了更多的工作,早出晚歸,根本沒時間照顧李天樂。而李天樂是高齡懷孕,妊娠反應特別大,還患上了嚴重的抑郁癥。李天樂多次在丈夫面前抱怨,覺得王曉曄總是借口工作忙,不關心自己。大腹便便的她只好忍著,希望孩子出生后,王曉曄會有所改變。
2009年1月,李天樂和王曉曄的兒子出生了。但孩子出生后,夫妻間的關系并未好轉矛盾反而愈發激化。李天樂認為王曉曄應該花時間和精力分擔照顧孩子的責任,并在兒子滿月后提出要回公司上班。但王曉曄堅持認為李天樂應該做全職媽媽,安心照顧孩子。兩人因此事爭吵不休。
李天樂恢復上班后不久,在主管競爭中落敗,她認為原因是王曉曄把孩子和家務都推給自己拖了后腿。她甚至覺得家庭就是牢籠,她就像被籠子囚禁的鳥,失去了自由。
對李天樂的抱怨和責備,起初,王曉曄還能忍著,時間長了,他索性也豁出去,不甘示弱地針鋒相對。就這樣,他們的爭吵頻率迅速上升到每周一次甚至幾次,因爭吵的聲音過大,引起鄰居報警,最后,警察幾乎每周都要登門平息他們夫妻的爭吵。這年年底,夫妻倆決定回國探親。誰知剛上了飛機,兩人就為先到誰家去爭吵起來。結果,下了飛機后,他們各自打的,各回各家。
2010年5月,兩人又因家庭瑣事發生了爭吵。李天樂再次數落王曉曄浪費了她的青春和愛情,讓她失望透頂。王曉曄煩透了,干脆地說:“我們這樣生活下去一點意義都沒有,離婚吧!”“離婚?”李天樂暴跳如雷:“當初是誰說會愛我一輩子的?現在你翅膀硬了,想把我甩了?那好,我成全你!”
按照美國的法律規定,夫妻離婚須分居一段時間。他們本打算把房子賣掉,但因金融危機的波及,房價下跌,此時賣房得虧一大筆錢。最后二人達成協議,房子暫且不賣,兩人屋內分居。
從內心,李天樂并不想離婚,但性格強勢的她卻不愿低頭,也不想像王曉曄希望的那樣放棄事業。她在財產分割及孩子的撫養費上,寸步不讓,不希望離婚協議達成。而王曉曄認為是李天樂的“驕橫專制”導致了婚姻破裂,他覺得自己根本沒有錯,雖然在財產分割和孩子撫養費上斤斤計較,但對離婚的態度十分堅定,令李天樂更加怨恨。
兩人簽訂離婚協議后不久,王曉曄就帶著一個美國女孩回來過夜。這行為狠狠刺痛了李天樂,她憤怒地對那個女孩說:“這是我的家,你給我出去!”王曉曄卻擋在女孩面前大聲說:“以前我處處讓著你?,F在我要讓你知道,除了你李天樂,多的是女人愿意嫁給我!這房子有我一半,而且我們已經簽了離婚協議,你沒有權力再管我了!”
后來,李天樂哭了一個晚上。此后,王曉曄連談了幾個女朋友,每個都帶回了家。有一次,王曉曄帶回的一個女友把家中搞得一片狼藉。帶著屈辱和憤怒,李天樂指著王曉曄的鼻子狠狠地說:“你別得意得太早,我會讓你付出代價的!”王曉曄對此卻沒放在心上,依然我行我素。
2011年元旦過后,王曉曄經常感到疲勞乏力,治了一段時間后,王曉曄的病情不斷加重,還出現了惡心、掉頭發等現象。醫院的一位護士感覺他的病情有點像金屬元素中毒,在她的提示下,醫院對其進行了醫學檢驗。1月25日,檢驗報告顯示王曉曄系鉈中毒。此時王曉曄已處于昏迷狀態,院方立即向當地警方和中情局(FBI)報案。就在報案后的第二天,王曉曄因病情加重在醫院去世。
但由于乙炔是極不穩定的氣態烴,與空氣混合容易爆炸即使對其加壓,也容易發生爆炸分解,所以與氫相比要更為危險,因此,以前設計到的乙炔反映都限于常壓。
1928年左右,列培開始大膽嘗試將乙炔從幾個氣壓壓縮到數十大氣壓、并使之與各種有機化合物進行反的方法。這雖然在過去被認為辦不到的事情,但他經過仔細研究,設計出一些十分安全可靠的裝置,并將其造出來。而且通過認真研究的結果,明確了過去被認為是乙炔爆炸原因之一的乙炔銅之類的化合物,還是乙炔反映的有效催化劑。他根據這些研究成果很容易得地從乙炔制得與過去完全不同的一些有機物,這給合成橡膠、合成樹脂(塑料)、合成纖維等領域帶來了顯著的進步。
所謂列培反映就是將各種能夠有機物和催化加如高壓釜(耐壓容器),在高溫高壓條件下使之與乙炔發生反應,但從反應看來,大體可分為以下4種類型:乙烯化反應(Vinylation)、乙炔(Cyclization)。以下實用簡單加以說明:
(1)乙炔化反應:即乙炔能與含活性氫的醇、流醇、胺羧酸等在加壓、加熱(150℃~200℃)及堿性催化劑(如氫氧化鉀、醇鈉、醇鉀等)存在下起加成反應,生成乙炔醚,乙烯胺及乙烯酯類,此類產物可用做有機合成的原料。
從1928年左右,列培著手于乙炔醚(Vinylether)的研究,這是使氯乙烯和醇堿(金屬鈉的究竟溶液)在加壓釜內進行反應,由此首次開發了乙烯醚的合成法①通過進一步研究發現,若該反映的副產品一生產的少量乙炔在反應中長時間保持高溫且在堿存在下就顯著減少,由此正式了乙炔也可于醇堿發生反應的設想,并完成了由乙炔與醇在20~22大氣壓、160℃~165℃、苛性鉀為催化劑合成乙烯醚的工業制造方法。
HCCH+ROHCH2=CHOP
并且將得到的乙烯醚在BF3催化劑存在下聚合,合成了各種聚乙烯醚,特別是由此開發了具有粘著性的熱可塑性物質一聚丁烯異丁醚(Polyvinylisobutylether)其商品名稱為聚異丁烯橡膠(OppanilC)。并且在后來還開發了將乙烯醚(主要是甲基或乙基醚)用烯酸水來制造乙醛。
H2C=CH-OP+H2OCH3CHO+ROH
該方法作為不用汞鹽催化的乙醛合成法,在1937年以來加以研究,并在路德維希港(Ludwigshafen)進行了半工業試驗。并且還研究了使乙炔在有機酸鹽(環烷酸鋅)存在下、在20大氣壓、230℃與p-叔丁基苯酚(p-Tertiarybuylphenol)反映,合成了被稱為Koresin的聚合體②,由此開發了布納橡膠在粘合劑、涂料、可塑劑等方面的應用。
(2)乙炔化反映:即乙炔在乙炔金屬(如銅、銀、鎳、鈷)催化劑存在下,次甲基(CH)上的氫與羰基化合物起加成反應,生成物中仍保留三鍵結構。
1937年,列培發現有醇胺與乙炔合成丙炔胺的反應,這是由三甲胺和甲醛縮合的(Dimethymethylolamine)與乙炔用乙炔銅催化合成的。
在工業上,制造出了快速硬化劑(酚醛樹脂用)的炔化物。并且Diethylaminopentyol③被用于合成抗瘧劑撲瘧喹啉(Plasmochin)、瘧滌平(Atebrine)的中間體。
1937年,列培又發現了使乙炔與甲醛在5~10大氣壓、90℃~100℃條件下,用乙炔銅催化加成后合成了丙炔醇(Propargyl alcohol)④,進行得到了丁乙炔二醇⑤(Butynediol)的方法。
HCCH+HCHOHCCCH2OH
HCHOHOCH2CCCH2OH(收率92%)
對該反應進行深入研究發現:比甲醛高級的醛也發生同樣的反應,但隨著碳原子數的增多,二醇的收率下降,并且在相同條件下,可以將氨甲基醇的羥基取代為乙炔基。
R2NH HCCH R2HCHR2NCH2CCH
而且使乙炔與胺作用后,生成氨基丁炔類化合物。
R2NH HCCH R2NCH=CH2
HCCH R2NCH(CH3)CCH
在二站中,列培還開發了四氫呋喃用Ni(CO)4(含少量碘)催化合成已二酸(尼龍6,6的原料)的方法。 之后不久,列培又開發了由四氫呋喃⑥。并且還進行了使氨與丁二醇脫氫后得到的γ-丁內脂作用制得a-吡咯烷酮,在鉀化合物存在、15大氣壓、100℃~140℃的條件下與乙炔反應N-乙烯基-a-吡咯烷酮(Nvinyl-a-Pyrrolidone),再用過氧化氫催化聚合后,合成了聚乙烯吡咯烷酮:
它的用途十分廣泛。涉及到化妝品乳化劑、染料的分散劑、酒類的澄清劑等。
(3)羰基化反應:即乙炔在鎳催化劑存在及加壓條件下與一氧化碳作用,生成不穩定的環丙烯酮(Cycolpropenone)中間產物、后者與含活性氫化物(如醇、水、酸、胺、硫醇等)作用,產生多種有用的產物。如應用Ni(CO)4為催化劑(缺點:有劇毒,強酸存在下有腐蝕作用)則反應可在較低溫條件下(45℃~50℃)下進行。
1938年,列培將劃時代的方法引入一氧化碳化學工業中。如羰基金屬[Ni(CO)4]那樣作為非常有效的催化劑,在一氧化碳與乙炔(鏈)烯(烴)、醇等具有活性氫化合物反應中,被用于合成羧酸幾其衍生物。
HCCH+CO+HYCH2=CH-COY(HY=H20、ROH)
列培所用的方法是將乙炔溶于四氫呋喃中,用溴化鎳代替Ni(CO)4,即用0.1%%NiBr2為摧毀劑,在100大氣壓,200℃~240℃,使水、一氧化碳反應合成丙烯酸,然后進行酸催化酯催化一高壓列培法。為了避免該法中的高壓,列培又發明了在低溫下將CO一Ni(CO)4的形式使用的方法-列培改良法(也稱化學計量合成法)。
4HCCH+4ROH+Ni(CO)4+2HCI4CH2=CHCOOR+NiCI2+H2
并且,一取代乙炔,二取代乙炔也發生同樣的反應。
經深入研究上面反應后得出結論:在一取代乙炔反應中,羰基是連接在第二號碳上,在二取代乙炔反應中,氫原子和碳基是順式加成。另外,在由乙炔、CO、水生成對苯二酚的反應中,是以碳基鐵[Fe(CO)5]作為CO供給源或催化劑
Fe(CO)5+4CHCH+2H20 0H
1939年,,列培雖常識了由乙炔與CO合成乙炔醛(Acetylene aldehyde HCC-CHO、OHC-CC-CHO),但發現在水存在時得到丙烯酸。
該反應中的CO的供給源是Ni(CO)4,在鹽酸存在下40℃時反應順利進行。
1940年左右,列培根據由乙炔、CO、水合成丙烯酸的經驗,開發了由甲醇和CO合成醋酸的方法。
CH3OH+COCH3COOH
該反應是在250℃、650大氣壓,用磷酸、磷酸鹽、過度金屬碘化物(CoI2)、BF3等催化劑的條件下合成的。
(4)環化反映:即乙炔在Ni(CO)4若其他催化劑存在及加壓條件下聚合生成環鋅四烯 -1,3,5,7(Cyclo-Octaterene,簡稱COT)等環多烯烴類化合物(Cyclo-polyyolefins)
將乙炔加熱到高溫后生成少量的苯及其他芳香烴,這是由法國化學家貝特羅(Pierre Eugene Marcelin Berthelot 1827~1907)發現的。如果將該熱聚合反應在碳話鋁上進行,收率將有所提高。即使這樣,也是多種同系物的混合物。1940年列培與O.Schlichting、K.Klager共同發現,使壓縮乙炔(12~20大氣壓)在環氧乙烷溶于氫呋喃的混合溶劑中,用??的鹵化物,(或氨基氰、Ni、(CN)2)為催化劑,在60℃~70℃條件下聚合成環狀多烯經(Cyclopolyolefin),例如環鋅四烯⑦(Cyclooctaterene)。
如果將其用鎳或泊進行催化加氫即可得到環辛烷,若將其氧化就得到辛二酸(聚酰胺樹脂原料)。并且還可由環辛烯經環鋅(烷)醇(Cycloocatanol)、環鋅(烷)酮(Cycloocantone)、環鋅酮肟(Cycloocatanone-oxime)合成Caprylo-lactum(聚酰胺纖維原料)。
化學史是化學科學研究、產生、形成和發展過程中的真實記載,它向人們展示了科學家們揭開神秘化學現象背后的規律所進行的系統研究方法,以及他們所具備的優秀科學研究精神?;瘜W史有許多充滿價值的小事例,這些事例中蘊含了了人與人、人與自然、人與社會的關系?;瘜W史的研究價值就在于這些事例背后所暗藏的巨大教育價值。挖掘好化學史的巨大潛在價值并應用于中學課堂教學中將是我國化學教育教學中一個不可或缺的組成部分。本文將對化學史的教育價值提出一些見解。
一、化學史教學有助于學生理解化學知識
學習貴在得法,很多一線教師會發現在平時的教育教學中許多學生掌握化學知識的方法不合理,學生總習慣機械地記憶一些物質名稱、元素符號以及化學方程式,不加總結思考地做練習題,以為這樣所謂的刻苦努力就能取得好成績。但實際上學生可能有時常常事倍功半,他們并不能真正地掌握這些知識,其原因在于學生沒有真正理解所學知識,只是機械記憶。此時若能在課堂上融入一些化學史小故事,會有助于學生理解每個化學知識點存在的背景,讓學生體會到化學離我們并不遙遠,它與生活息息相關,使化學以更加飽滿的形象出現在學生的視野中。高中人教版教材融入了很多化學史資源,如舍勒氯氣的發現,侯德榜研究的“侯氏制堿法”,門捷列夫繪制出的元素周期表等等。因此,教師在進行相應章節的教學時就可以適時引入一些化學史資料,這樣對學生理解化學知識會起到重要作用。
二、化學史有助于學生認識真實的科學家
教給學生知識是一方面,平時教學中要滲透學生要有理想有遠大的抱負,有目標才有動力?;瘜W史的每一個主角都是人,每一個人都有自己的日常生活、行為習慣和職業操守,化學家也不例外。教師在授課中把化學家當成普通人,當成朋友,這樣能尋找到更多的教學靈感和教學內容。通過化學史的教育讓學生認識到化學家并不是遙不可及的,當學生產生這樣的意識:科學家也是普通人,也是通過后天努力成為的,他們只不過是第一個吃螃蟹的人。這樣學生才有可能走近他,并且有可能在以后也成為科學家。所以在平時教學中教師應當給學生補充全面真實的化學知識,教師起的作用很關鍵,也許是一個不經意的介紹都會讓學生產生巨大的心理變化?;瘜W史所展現的優秀化學家的人格魅力,所體現出來的對科學事業的執著追求,以及百折不撓的意志品質,都會使學生在耳濡目染中受益匪淺。
三、化學史有助于學生樹立正確的辯證唯物主義世界觀
每一個人都要有正確的世界觀和人生觀,在教學中教師要注意正確引導學生。正確的世界觀和人生觀對科學家的科學研究成敗有重大影響。古人提倡以史為鑒、以史明理。化學發展史本身就是一部優秀的歷史教科書,我們要深入挖掘其中的教育價值。任何一門學科的發展都是一個逐漸積累和不斷完善的過程,這本身體現了辯證否定觀,我們必須樹立創新意識,做到“盡信書不如無書”。比如,現在有些學校可能受條件限制學生很少做化學實驗,所以學生在學習化學時經常會重理論輕實驗,只會紙上談兵。為了糾正學生的這種想法,教師可以適當補充有關化學實驗的化學史小故事,如波義爾不小心把鹽酸沾到紫羅蘭使之變色從而發明酸堿指示劑。讓學生在故事中體會到化學是一門以實驗為基礎的學科,任何化學知識的發現都是建立在實驗的基礎之上的。
四、化學史有助于進行美育教育,培養學生良好的心理素質
化學史發展本身就是一首首美麗的詩篇,從古代的鉆木取火到新時代的清潔燃料,從古時的樹葉遮身到當下各種新型環保面料……化學在發展,社會在進步,化學家的發明創造為人類帶來了美好的生活。比如,1965年我國科學家在世界上第一次用人工方法合成了具有生命活力的蛋白質――結晶牛胰島素?;瘜W家的發明創造為我們的生活增添了色彩,每一種新物質的創造誕生都給人類帶來了驚喜,為我們的生活提供了更多的方便?;瘜W家們創造的美會深深震撼著學生的心靈,帶給學生美的享受。素質教育強調德、智、體、美勞全面發展,因此,進行化學史教育可以對學生進行美育教育,可以培養學生對生活充滿熱愛,形成樂觀向上、積極進取的良好心理素質。
總之,化學史有著豐富的教育價值,作為化學教師應該不斷學習,努力去挖掘化學史這塊巨大的“寶藏”。在化學教學中恰當引入化學史,可以幫助學生更好地理解化學知識,激發學生學習興趣;有助于學生樹立正確的辯證唯物主義世界觀;同時可以學習科學家堅韌不拔、吃苦耐勞的品質,培養學生良好的心理素質。
化合價概念從提出到現在,已經一個半世紀,隨著人們對分子及分子結構的認識越來越深入,早期那種認為可用整數定量量度化學元素性質的化合價概念已經過時,化學家的注意力已轉向用分子軌道理論來討論化學鍵的本質。從歷史發展的角度來看,化合價概念的演變與發展經歷了四個重要階段:化合價的提出、化合價概念的發展、化合價的電子理論階段和分子軌道理論階段。
1、化合價概念的提出。 1852年,英國化學家弗蘭克蘭在研究金屬有機化合物時提出了化合價的思想,認為金屬或其他元素的每一個原子在化合時具有一種特殊的性質——化合力,即任何一個原子都有和一定數目的其他原子結合的性質?!盎狭Α备拍畹奶岢鼋沂玖嗽鼗狭εc基團化合力之間的聯系,“化合力”后來被德國化學家凱庫勒翻譯為“價”,得到歐洲各國的普遍認可;我國早期使用的術語是“原子價”,1991年公布的《化學名詞》中譯為化合價,并給出定義:一定數目的一種元素的原子只能跟一定數目的其他元素的原子化合,這種性質叫做化合價。
2、“化合價”概念的發展。 化合價的概念提出后,在較長的時間內并沒有相應的理論去解釋原子間結合的原因,直到化學家們把研究重點從化合價的本質轉移到原子結合的數量關系上。21世紀,原子結構理論的建立為揭示化合價的本質奠定了基礎。1861年,俄國有機化學家特列洛夫首先提出“化學架構”的概念,并指出物質的化學性質決定于它的化學結構,通過化學性質的研究可以推測化學結構,反之,根據化學結構又可預見物質的化學性質。隨著有關分子結構理論的不斷充實,原子間結合為分子的空間取向等問題逐步被解釋了,但是人們無法回答分子間作用力的實質問題,1916年美國化學家路易斯在《原子和分子》中闡釋了化合價的電子理論,解釋了分子間作用力的實質,提出:原子失去或獲得電子后形成穩定的電子結構,金屬原子易失電子,非金屬原子易得電子形成負離子,正、負離子間的靜電庫倫力是離子間形成化合價的本質。
二、化合價的學習困難分析
通過對化合價概念的演變與發展的歷史回顧,我們可以看到,在第一階段的化合價概念僅僅回答了原子間相互化合的數量關系。第二階段則將化合價的數值與共價鍵數目或原子中未配對電子數目畫上等號,從而使化合價這一起初比較抽象的概念變得具體起來。第三階段,化合價的分子軌道理論為揭示化學鍵的本質提供了理論基礎,同時說明用整數定量度量原子化合價的概念已經過時,對于奇數電子的分子、缺電子分子和夾心面包型分子中原子的化合價,必須用分子軌道理論來闡述才能得到滿意的解釋。這不斷變化的含義,讓化合價披上了一層神秘的面紗,也導致了學生化合價學習的困難。
首先,從化合價的發展歷程可以看出,化合價這一概念的含義不斷在發生變化,而并不是我們現在教材中給出的化合價的含義,所以這就導致了學生學習了化合價概念之后,按照所學的化合價知識去判斷其他物質中元素的化合價時,常常會遇到解釋不通的時候,比如說四氧化三鐵中鐵的化合價、過氧化氫中氧的化合價。這樣就導致學生難以理解化合價這個概念。
初三學生在學習化合價之前頭腦中沒有與“化合價”相連接的先行組織者,化合價知識很難與學生的已有知識經驗相連接,學生只能靠死記硬背老師教給的口訣,這樣學到的知識在練習應用中又頻頻出錯,這對學生來說更是雪上加霜,化合價的學習更加困難。
其次,化合價如此復雜的發展史,對于很多的初中教師也是陌生的,教師在理解化合價時都不能給出其確切的含義,如果要傳授給學生,講到什么程度、怎樣講合適,這對教師來說本身就是一個挑戰,所以很多教師則干脆不講,直接告訴學生一個“化合價記憶口訣”,學生們只會記住這些口訣,而對于化合價什么含義、怎么用,則是一塌糊涂。
三、解決化合價學習困難的教學建議
以上從化合價發展史的角度分析了初中化合價難學的主要原因,在教學中為幫助學生理解化合價的概念,教師要注意以下兩個方面:
化合價概念從提出到現在,已經一個半世紀,隨著人們對分子及分子結構的認識越來越深入,早期那種認為可用整數定量量度化學元素性質的化合價概念已經過時,化學家的注意力已轉向用分子軌道理論來討論化學鍵的本質.從歷史發展的角度來看,化合價概念的演變與發展經歷了四個重要階段:化合價的提出、化合價概念的發展、化合價的電子理論階段和分子軌道理論階段.
1.化合價概念的提出
1852年,英國化學家弗蘭克蘭在研究金屬有機化合物時提出了化合價的思想,認為金屬或其他元素的每一個原子在化合時具有一種特殊的性質――化合力,即任何一個原子都有和一定數目的其他原子結合的性質.“化合力”概念的提出揭示了元素化合力與基團化合力之間的聯系,“化合力”后來被德國化學家凱庫勒翻譯為“價”,得到歐洲各國的普遍認可;我國早期使用的術語是“原子價”,1991年公布的《化學名詞》中譯為化合價,并給出定義:一定數目的一種元素的原子只能跟一定數目的其他元素的原子化合,這種性質叫做化合價.
2.“化合價”概念的發展
化合價的概念提出后,在較長的時間內并沒有相應的理論去解釋原子間結合的原因,直到化學家們把研究重點從化合價的本質轉移到原子結合的數量關系上.20世紀,原子結構理論的建立為揭示化合價的本質奠定了基礎.1861年,俄國有機化學家特列洛夫首先提出“化學架構”的概念,并指出物質的化學性質決定于它的化學結構,1916年美國化學家路易斯在《原子和分子》中闡釋了化合價的電子理論,解釋了分子間作用力的實質,提出:原子失去或獲得電子后形成穩定的電子結構,金屬原子易失電子,非金屬原子易得電子形成負離子,正、負離子間的靜電庫侖力是離子間形成化合價的本質.
3.電子理論的發展
1927年,英國化學家海特勒和德國化學家倫敦把量子力學理論應用到分子結構中來,后來又經過美國化學家鮑林等人的發展,建立了現代價鍵理論(簡稱VB法,又叫電子配對法),1931年,由鮑林和斯萊托創立了雜化軌道理論.價鍵理論和雜化軌道理論都認為,原子的化合價與原子核外電子層中未配對的電子數目相等.因為有幾個未配對電子,就可以借電子對的形式來形成幾個共價鍵,從而生成具有一定穩定結構的分子.例如:H、F、O、N、He、Ne基態時原子核外未配對電子數分別是1、1、2、3、0、0,所以它們的化合價也分別為1、1、2、3、0、0.
4.分子軌道理論階段
1931年鮑林提出了雜化軌道理論和電價配鍵、共價鍵的配合物價鍵理論,1932年美國化學家密立根和德國化學家洪特等人創立了分子軌道理論(簡稱MO理論),以及隨后提出的單電子鍵、三電子鍵和缺電子鍵等概念,使化學家們對原子間相互化合的形式、結構、性質等的認識進一步深化和發展,同時也使化合價的傳統概念暴露出來這樣那樣的缺陷.1938年,鮑林出版了《化學鍵本質》一書,宣告了用整數定量量度化學元素性質的化合價的消亡,并引導化學家們將注意力轉到探索化學鍵的本質上來.至此,人們開始清醒地認識到用化學鍵數目來計算原子的化合價的方法是行不通的,至少在有些類型的化合物中是無法應用的.
二、化合價的學習困難分析
通過對化合價概念的演變與發展的歷史回顧,我們可以看到,在第一階段的化合價概念僅僅回答了原子間相互化合的數量關系.第二階段則將化合價的數值與共價鍵數目或原子中未配對電子數目畫上等號,從而使化合價這一起初比較抽象的概念變得具體起來.第三階段,化合價的分子軌道理論為揭示化學鍵的本質提供了理論基礎,同時說明用整數定量度量原子化合價的概念已經過時,對于奇數電子的分子、缺電子分子和夾心面包型分子中原子的化合價,必須用分子軌道理論來闡述才能得到滿意的解釋.這不斷變化的含義,讓化合價披上了一層神秘的面紗,也導致了學生化合價學習的困難.
首先,從化合價的發展歷程可以看出,化合價這一概念的含義不斷在發生變化,而并不是我們現在教材中給出的化合價的含義,所以這就導致了學生學習了化合價概念之后,按照所學的化合價知識去判斷其他物質中元素的化合價時,常常會遇到解釋不通的時候,比如說四氧化三鐵中鐵的化合價、過氧化氫中氧的化合價.這樣就導致學生難以理解化合價這個概念.
初三學生在學習化合價之前頭腦中沒有與“化合價”相連接的先行組織者,化合價知識很難與學生的已有知識經驗相連接,學生只能靠死記硬背老師教給的口訣,這樣學到的知識在練習應用中又頻頻出錯,這對學生來說更是雪上加霜,化合價的學習更加困難.
其次,化合價如此復雜的發展史,對于很多的初中教師也是陌生的,教師在理解化合價時都不能給出其確切的含義,如果要傳授給學生,講到什么程度、怎樣講合適,這對教師來說本身就是一個挑戰,所以很多教師則干脆不講,直接告訴學生一個“化合價記憶口訣”,學生們只會記住這些口訣,而對于化合價什么含義、怎么用,則是一塌糊涂.
三、解決化合價學習困難的教學建議