关键词:绿色化学;微型化实验;优化;污染
1绿色化学产生的现实意义
随着高等教育的发展和高校科技创新能力的提升,高校实验室的科研教学活动更加频繁,实验室废气、废液、固体废弃物等的排放及其污染问题日渐凸显,越来越引起社会的关注,既加重了学校负担,也污染了环境。针对日益严重的环境污染问题,在化学教育中倡导人文主义的科学精神,渗透厉行节约、保护环境、维护健康的绿色化学理念就显得尤为重要。
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学,理想状态是原子利用率为100%。绿色化学是基于人与自然和谐发展的可持续发展理论产生的,原子经济性是绿色化学的核心内容,理想的原子经济反应不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”,并在技术上、经济上可行的化学过程。它是实现化学污染防治的基本方法和科学手段,是一门从源头上阻止污染的化学。绿色化学适用各种化学领域,包括许多化学领域,如合成、催化、工艺、分离和分析监测等。绿色化学能最终杜绝化学污染源,从而去消灭或减少那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂在生产过程中的使用。因此,绿色化学的理念,理应成为化学课程与教学改革的重要指导思想。
2构建绿色化实验的措施
2.1推广微型化实验,减少环境污染。
传统的化学实验必将消耗大量的化学试剂、溶剂和能源,并源源不断地产生副产物和废物,从某种意义上讲学校中环境污染主要来源于化学实验。微型化学实验,是20世纪80年代经济发达国家的高校为解决化学专业耗资巨大的三废处理问题、实验安全问题及一些试剂价格过于昂贵而发展起来的一种实验技术和方法,就是以尽可能少的化学试剂来获取所需化学信息。微型化学实验是在绿色化学思想下用预防化学污染的新实验思想、新方法和新技术对常规实验进行改革和发展的必然结果,是绿色化学思想在化学实验中的具体体现。化学实验中的药品大多为有毒气体、有毒金属,有的有强腐蚀性,有的易燃、易爆,微型实验中,由于药品的用量很少,化学试剂用量一般只为常规实验用量的几十分之一乃至几千分之一,危险性已经大大降低。一些因毒性大而放弃的常规实验因而得以进行,同时也消除了部分学生对化学实验的恐惧心理。微型化学实验以节约实验材料和时间、减少污染、安全、现象明显、效果良好、便于携带等优点,正受到国内外教育工作者的欢迎。大大降低了实验成本和污染排放。如乙酰氯的水解反应,常规条件下特别是通风设施不好的情况下搞的整个实验室都是刺鼻的气味,有了微型实验用量大大减小,同时又不影响观察,实验环境就大大改善了
2.2优化实验过程,减少有毒物品排放。
许多化学实验可以通过优化实验过程的方法,达到减少化学试剂用量和降低三废排放的目的。这种优化过程是对不合理的实验进行合理的改进,避免造成不必要的浪费,同时又能获得更加鲜明的形象。如在无机化学实验中,经常需要进行一种元素不同价态化合物的性质实验,这些实验中经常会出现这些化合物之间的转化,可将这些实验进行合理的安排,有效利用其转化关系而设计为系列实验,必将对减少试剂用量和废物生成起到积极作用。在教材中,有些实验指明了药品浓度,有些实验没有指明药品浓度。可对许多涉及药品浓度的实验探索和改进。既节约了药品、保证了实验效果,又减少了环境污染。如对定性检验剂硝酸银浓度改进,配制银氨溶液,硝酸银浓度、氨水浓度可由2%降为1%。一般离子检验,硝酸银浓度0.1%就足够了。
2.3改进实验装置,减少有毒物品产生。
每一位化学教师,都应以绿色化学的观念指导自己的工作,无论在何种实验条件中都应考虑能不能把实验技术、方法、仪器和设计等改进一下,尽可能地降低实验药品浓度,减少药品的损耗,既能达到实验目的,又尽可能少产生环境污染,并将此做为预备实验计划是否合格的标准。教育学生用“4R”原则即拒用危险品、减少用量、循环使用、回收使用来考虑和如何解决化学实验中出现的污染问题,从而达到最佳环境效应。
有毒气体在化学实验中会经常遇到,在硝酸的性质实验中,经常会有大量的NO2生产。如硝酸的氧化性实验,可以改进为用注射器做反应容器。首先在针筒内放置几片铜片,然后将空气排出,吸取少量浓硝酸,封闭针头,则可以看到红棕色气体,实验完毕后,用针头吸取氢氧化钠溶液来处理废气、废液,减少氮的氧化物对室内的污染。在有HCl、SO2、NH3等有毒气体产生的实验中,可根据这些气体易溶于水的性质,增加一个漏斗或一个干燥管,把气体导入水中或相应的吸收液中。实验室制氯气,采用全封闭式的收集装置及用NaOH溶液吸收尾气,防止污染空气;实验室制氨气,在试管口放一团用水或稀盐酸湿润的棉花球吸收多余的氨气。有机化学实验中,经常使用多卤代烃、芳香烃等作为反应物或反应溶剂,但是多卤代烃是具有持久性的有机污染物,因此实验中应尽量少用或用其它试剂代替。如在卤离子鉴定实验中,卤离子单质的显色法是利用加入四氯化碳做萃取剂,然后观察四氯化碳颜色变化来进行判断,此法可用淀粉代替四氯化碳检验单质碘。还可采用无毒、无害的溶剂,致力于开发无溶剂存在下的反应,如固态反应等,这些改进措施都增强了实验效果,减少了对环境的污染。
2.4鼓励学生用绿色化学的观点设计化学实验。
教材是专家学者智慧的结晶,教材中许多实验内容体现了绿色化学的思想。如对固体、液体试剂的取出给以限量要求;强调实验中常见的事故避免、应急处理措施;介绍了危险品、易燃品等特殊试剂的保存和使用原则和方法;增加家庭小实验,力求使实验生活化。但随着科技的发展,人们认识的不断深入,教材中的一部分内容会滞后于时代发展的步伐。教师要敢于突破教材,根据绿色化学的十二条原则,设计实验的最佳方案。以铜和硝酸为主要原料制取硝酸铜,可以设计以下三种方案:
Cu+4HNO3=Cu2+2NO2↑+2H2O;
3Cu+8HNO3=3Cu2+2NO↑+4H2O;
2Cu+O2=2CuO;
Cu+2HNO3=Cu2+H2O
由此可以看出,理论上制取3摩尔硝酸铜,1、2、3三个实验方案消耗的硝酸分别为12、8、6摩尔,产生的有毒气体分别为6、2、0摩尔,通过分析得出,方案3消耗的硝酸最少,不生成污染物,原子利用率最高,是最佳方案。可见在基础化学教学中,能够渗透绿色化学思想的“知识点”是很多的,只要适当更新和加深,就可使学生在潜移默化中受到绿色化学教育,有效地防止污染。
3结语
绿色化学体现了科学发展观,是减少资源消耗、实现循环经济和经济的可持续发展的重要科学基础。绿色化学教育是化学教育的前沿,又是化学教育发展的必然,不但有重大的社会、环境和经济效益,而且说明化学的负面作用是可以避免的。绿色化学是当代大学生应具备的基本素质,作为高等学校培养的各种层次的高素质人才,要有保护环境,改善环境质量的责任感。要有能力去发展新的、对环境更友好的化学,为绿色化学作出应有的贡献,建设我们未来美好的家园。
参考文献:
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白广梅,李英.无机化学实验的绿色化.实验技术与管理, 2006.
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