【文章內(nèi)容簡介】 積極思維 , 又能夠促使他們注意經(jīng)常不斷地自覺總結(jié)經(jīng)驗體會。這樣 , 才能有效地增長他們的才干。 化學(xué)是一門實踐性極強(qiáng)的自然科學(xué) , 所以在教學(xué)過程中要特別 注意引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用 , 使各種能力在運(yùn)用知識的過程中得到鍛煉。實驗無疑是化學(xué)學(xué)科最具實踐性特征的重要教學(xué)環(huán)節(jié) , 在無機(jī)化學(xué)實驗中 , 除了注意加強(qiáng)基本操作訓(xùn)練 ,以增強(qiáng)學(xué)生的動手能力之外 , 還應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力、應(yīng)變能力 , 以及嚴(yán)肅、認(rèn)真的工作作風(fēng)和實事求是的科學(xué)態(tài)度。通過實驗教學(xué) , 使學(xué)生初步受到科研方法的訓(xùn)練。另外 , 在教學(xué)過程中 , 努力創(chuàng)造條件讓學(xué)生接觸社會實際 ,例如組織參觀、考察、見習(xí)等 , 也是十分重要的。而且每次活動之后 , 都應(yīng)要求學(xué)生寫出報告 (報告中應(yīng)針對某一具體問題或作出評價 , 或 提出解決方案 , 等等 ) , 以讓學(xué)生的創(chuàng)新潛力在實踐中不斷得到加強(qiáng)。 對學(xué)生進(jìn)行以上五個方面的基本技能訓(xùn)練 , 僅是筆者不成熟的設(shè)想和在無機(jī)化學(xué)教學(xué)中進(jìn)行的嘗試 , 是否妥當(dāng) , 還有待專家給予指教?；瘜W(xué)教育專業(yè)的師范專業(yè)生所需具備的基本技能當(dāng)然不止這些 , 其它諸如基本計算能力、想像能力、論文寫作能力、答辯能力等等 , 也都應(yīng)當(dāng)受到培養(yǎng)和訓(xùn)練 。 另一方面 ,各種技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練也需互相穿插和互相滲透 , 單獨或孤立進(jìn)行某項技能的訓(xùn)練也是不可能的。但比較而言 , 在諸多必需進(jìn)行培養(yǎng)訓(xùn)練的基本技能中 , 筆者以為前述五項更顯重 要和緊迫 , 需要在大一時就應(yīng)給予充分的重視。 7 有關(guān)無機(jī)化學(xué)和高分子化學(xué)學(xué)科及其材料的發(fā)展 0161203 居春燕 (湖州師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 湖州 浙江 313000) 前言 :材料、能源、信息構(gòu)成現(xiàn)代文明的三大支柱，各種結(jié)構(gòu)材料和功能材料與糧食一樣，永遠(yuǎn)是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。在滿足人類衣食住行基本需求之后，為提高生存質(zhì)量與安全，為可持續(xù)發(fā)展不斷提出對新材料的要求。材料是人類社會文明發(fā)展階段的重要標(biāo)志。 20 世紀(jì)人類社會文明的標(biāo)志是合成材料， 21 世紀(jì)是智能材料的時代，廣義上智能材料也包括生命材料。 具有特殊功能的先進(jìn)材料越來越重要。智能材料是指材料的作用和功能可隨外界的條件變化而有意識的調(diào)節(jié)、修飾和修復(fù)，所以 21 世紀(jì)也被稱為高新技術(shù)時代，信息產(chǎn)業(yè)、航天、生物工程、材料、微電子、光纖等新一代技術(shù)成為現(xiàn)代文明的重要支柱，而其中材料是最根本的物質(zhì)基礎(chǔ)。人們從日常生活到尖端技術(shù)各個方面無不廣泛應(yīng)用多種多樣的材料，但材料就其化學(xué)鍵的性質(zhì)大體上可劃分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料三大類，現(xiàn)僅就其后兩者簡要論述。 當(dāng)代無機(jī)化學(xué)的篷勃發(fā)展，主要的是基于特種技術(shù)對無機(jī)特種材 料的需求，當(dāng)然無機(jī)化學(xué)的現(xiàn)代化始于化學(xué)鍵理論的建立和新型儀器的應(yīng)用，使無機(jī)化合物的研究由宏觀深入到微觀，從而把它們的性質(zhì)和反應(yīng)同結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。近半個世紀(jì)以來，國外研究的新發(fā)展主要在夾心化合物，金屬原子簇絡(luò)合物、籠狀化合物、氟化物等的合成與應(yīng)用，以及金屬有機(jī)化學(xué)，生物無機(jī)化學(xué)和無機(jī)固體化學(xué)的開拓和發(fā)展。因為上述化合物具有作為有機(jī)制備的新試劑和中間產(chǎn)物，化工生產(chǎn)中選擇性高和活化力強(qiáng)的催化劑以及有醫(yī)療、解毒、殺菌等有效藥劑的重要用途。此外，人們知道在很多的生物過程中，金屬起著核心作用，為氮的固定、光合作用、氧的傳 送和貯存、能量轉(zhuǎn)變以及許多金屬生物酶，它們的功能皆涉及金屬元素和生物體內(nèi)物質(zhì)的反應(yīng)。例如植物以太陽能輻射為能源，是要把 CO2 和 H2O 轉(zhuǎn)化為氧和還原成有機(jī)化合物，有賴于含 Mg 金屬元素的酶 ——葉綠素。動物要吸入氧以氧化有機(jī)物來獲得能量，有賴于含 Fe 金屬元素的酶 ——血紅素。再看氮的固定，我們知道在合成氨工藝中，由于 N≡N的鍵能高達(dá) 945 kJ / mol，既便選用最佳的催化劑，也還要 500℃ ， 的刻苛條件。而植物根瘤菌卻在常溫常壓下進(jìn)行著固氮作用，真是令人不可思義，雖說至今對固氮體系的生化過程尚不清楚 ，但與從固氮菌分離出來的兩種含 Fe 原子簇的蛋白質(zhì)卻密切相關(guān)。這十足說明無機(jī)化學(xué)也對能源和保健起著重大的作用，人們予計無機(jī)生物化學(xué)這門新興的學(xué)科在下個世紀(jì)必將發(fā)揮巨大的作用。 于 1955 年用 2020Ｋ的高溫和 7. 07103MPa 的設(shè)備，以 Ni 為催化劑將石墨轉(zhuǎn)化為金剛石。 70 年代末產(chǎn)量達(dá) 6 噸， 用 3000℃ 和 7. 07103MPa 的條件合成了類金剛石結(jié)構(gòu)的硼氮聚合物（ BN），其硬度高于金剛石。 70 年代最早用氣相生長法，在常壓下使碳?xì)浠衔镉?1200℃ 分解而生長的碳纖 維，其抗張強(qiáng)度比同樣直徑的鋼絲要高幾倍。再有計算技術(shù)用的半導(dǎo)體材料， 50 年代制得 6 個九純度的超純硅， 70 年代制得 12 個九的超純鍺，均已在晶體管和集成電路廣泛應(yīng)用。 無機(jī)固體化學(xué)是化學(xué)和物理緊密結(jié)合的一門學(xué)科。眾所周知宇航、能源、計算機(jī)、激光、電子等現(xiàn)代技術(shù)都需要特殊性能的新固體材料，即具有耐高溫、耐老化、耐腐蝕、高強(qiáng)度、高韌性的結(jié)構(gòu)材料和具有光、磁、聲、熱、力等性質(zhì)的功能材料，這些都是通過無機(jī)固體化學(xué)研制成功的。 我國無機(jī)化學(xué)的發(fā)展照國外有很大差距，但無機(jī)化學(xué)的發(fā)展卻對我國的國民經(jīng)濟(jì)有著重大意義。這是由于我 國的礦產(chǎn)資源非常豐富，儲量探明的已有 50 余種，其中稀土、鎢、銻、鋅、鋰、釩的儲量多占世界首位。稀土在國外稱之為稀，可 80%以上的儲量均在我國。鎢的儲量占世界的 60%～ 70%。其它如銅、鐵、錫、鉛、錳、鎳、鈦、鈮、鉬、汞、硼礦等也名列世界前茅。遺憾的是我國礦產(chǎn)資源多為貧礦，品位不高，而且為多種礦組合在一起的伴生礦，這在選礦和冶煉都很困難，以致長期以來未能得到有效的綜合利用。同時有很多貴重元素散失在尾礦、爐渣、煙質(zhì)、廢氣中。例如攀枝花的釩鈦鐵礦，其中與鐵共生的大量釩和鈦在煉鋼過程中多數(shù)被拋棄，只有少部分釩回收， 相反地我們每年 8 卻要進(jìn)口大量鈦金屬及其化合物，這個浪費(fèi)該是如何的驚人，這還不就是由于我國的無機(jī)化學(xué)不發(fā)達(dá)嗎？因此我們必須結(jié)合我國礦產(chǎn)資源的特點，尋找冶煉的新方法、新技術(shù)和新工藝，以使我國的貧礦和伴生礦得到有效的冶煉、提取和合理的綜合利用，并為豐產(chǎn)元素開拓新的提取途徑，是為當(dāng)務(wù)之急。著重的發(fā)展冶煉化學(xué)和各類元素化學(xué)，建立有我國特色的發(fā)展無機(jī)化學(xué)的模式。 此外，我們還要結(jié)合新技術(shù)中的需要，以及國內(nèi)外研究開發(fā)的某些熱門無機(jī)材料，如高溫高強(qiáng)的氮化硅和碳化硅陶瓷結(jié)構(gòu)材料、超導(dǎo)材料、無機(jī)纖維補(bǔ)強(qiáng)復(fù)合材料、以及太陽能的光 —電轉(zhuǎn)換和光 —熱換非晶態(tài)硅材料等加強(qiáng)研究，這也是我們的發(fā)展趨勢。 自本世紀(jì) 30 年代，高分子科學(xué)作為一門化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科的分支創(chuàng)建以來，發(fā)展異常迅速。到 60 年代已基本成熟，奠定了基礎(chǔ)。合成高分子材料在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)上已形成氣候，占據(jù)了人們?nèi)粘Ｉ詈图舛思夹g(shù)上需要的重要位置。在研究高分子的基礎(chǔ)理論方面，如高分子溶液的熱力學(xué)性質(zhì)，鏈結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計，粘彈性、結(jié)晶過程與結(jié)晶形態(tài)等問題，都在物理本質(zhì)上取得了實質(zhì)性的進(jìn)展。隨著人們大量科研和生產(chǎn)的實踐，高分子工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模愈來愈大，高分子產(chǎn)品的應(yīng)用 愈來愈廣，新型、特種、功能性的高分子材料不斷地涌現(xiàn)，這就要求對高分子科學(xué)還要深入的研究，進(jìn)一步提高材料性能，改進(jìn)材料的不足，開發(fā)材料的合理應(yīng)用，更重要的是使高分子的工業(yè)生產(chǎn)建立在更合理更科學(xué)的基礎(chǔ)上，使人們按需要的性能制造出需要的新材料，以期盡快的大力發(fā)展高分子材料科學(xué)。 70 年代以來，高分子科學(xué)的發(fā)展有三個方面，一是通用型高分子向大型工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展，特別是由于高效催化劑的出現(xiàn)，可使烯烴聚合的成本下降 30%，有利于建大廠，向規(guī)模經(jīng)濟(jì)要效益。其次是工程塑料與復(fù)合材料的發(fā)展，由于它們的高強(qiáng)或高強(qiáng)高模可以代替或部 分代替金屬的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，這對提高飛機(jī)、汽車、船只等運(yùn)輸工具的性能和節(jié)省能源都具有重大的意義。據(jù)報導(dǎo)目前有的機(jī)種已有 80%～ 90%的表面積用輕質(zhì)的非金屬材料代替了鋁合金。三是特種高分子的興起，如耐高溫、高強(qiáng)度、高絕緣等高分子材料，它們的產(chǎn)量小、成本高，通常亦稱之為精細(xì)高分子化學(xué)品。這其中最重要的一個組成部分，就是功能高分子，即除具有機(jī)械特性之外，還具有其它的導(dǎo)電性、催化性、化學(xué)性、光敏性、生物活性等功能性的高分子。例如聚乙炔、聚苯硫醚和聚乙烯咔唑（ PVK）、聚酰胺 等都可以加工成導(dǎo)電體或半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材 料的性能將決定計算機(jī)性能的好壞，純半導(dǎo)體材料硅和鍺做集成電路，其性能己不能滿足現(xiàn)代計算機(jī)的要求，為此科學(xué)家研制出高性能的半導(dǎo)體材料 ——GaAs。 GaAs作為半導(dǎo)體材料，其性能的優(yōu)越性表現(xiàn)為禁帶寬度和工作溫度都比硅和鍺高，電子運(yùn)移率是硅的 倍，鍺的 倍。頻率是硅的 倍，鍺的 2 倍。開關(guān)速率比硅和鍺大千倍。用這種 GaAs 半導(dǎo)體材料作芯片的計算機(jī)，其運(yùn)算速率將比現(xiàn)有的計算機(jī)高出千倍。值得注意的是聚乙炔和聚乙烯咔唑還能制成光導(dǎo)高分子，可在宇航、電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用； 開發(fā)了具有催化 活性的高分子配位體的鈀絡(luò)合物催化劑，可催化各種有機(jī)化合物的加氫反應(yīng)（效果極佳）；聚偏氯乙烯及其共聚物可制成熱 —電、壓一電高分子材料；高分子膜技術(shù)，如各種（反）滲透膜、離子交換膜等，用于海水淡化、污水凈化、溶液濃縮、水相冶煉等分析和分離的技術(shù)中；發(fā)展最快的要屬醫(yī)用高分子，如人造皮膚、骨骼、肌肉、角膜、內(nèi)臟器官等。為了解決好它們在人體內(nèi)的相容性、耐久性、抗血凝性等技術(shù)難度大而且非常復(fù)雜的問題，涉及到多種學(xué)科的基礎(chǔ)研究工作，各國都在制定長遠(yuǎn)目標(biāo)來考慮。 另一個非常值得注意的問題是一切生命物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元，諸如蛋 白質(zhì)、纖維、核酸等都是高分子物質(zhì)，因此高分子生命物質(zhì)的合成、結(jié)構(gòu)、和功能的研究是為當(dāng)代的熱點。隨著生命科學(xué)研究的不斷深入和開拓，人體的秘密逐漸被了解，模擬和合成與人體生物相容性強(qiáng)的醫(yī)用材料將會大量開發(fā)。生物材料中有的是結(jié)構(gòu)材料，包括骨、牙等硬組織材料和肌肉、腱、皮膚等軟組織材料。還有許多功能材料所構(gòu)成的功能部件，如眼球晶狀體是由晶狀體蛋白包在上皮細(xì)胞組成的薄膜內(nèi)而形成的無散射、無吸收、可連續(xù)變焦的廣角透鏡，在生物體內(nèi)生長成有不同功能的材料和部件。材料科學(xué)的發(fā)展方向之一是模擬這些生物材料制造人工材料，如高分子 量的聚乳酸作為可生物降解的類骨器材料，含氟人造血漿用于輸血材料，用有機(jī)硅材料作為親水性的隱性眼鏡材料，用聚胺酯做成人造皮膚、骨膠原材料及人造血管材料，人造腎、人造心臟材料等。自從胰島素和核酸酶通過人工合成成功以來，無疑的 9 對生命科學(xué)向前推進(jìn)了一步，值得驕傲的是胰島素和 tRNA 核酸酶的人工合成，其主要貢獻(xiàn)都是出自我們中國。 我國的高分子科學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)基于建設(shè)上的需要始于建國初期，也就是所謂的創(chuàng)始階段，進(jìn)行了一些大品種的合成試制工作，建立起一些產(chǎn)品質(zhì)量控制的檢測和表征手段，并培養(yǎng)了大批從事高分子工作的人員，基本 上奠定了高分子科學(xué)的基礎(chǔ)。 60 年代由于尖端技術(shù)和許多新興工業(yè)的需要，在國內(nèi)研制成功許多耐高溫、高強(qiáng)高模高彈等高性能的新型高分子材料。并結(jié)合實踐開拓了結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域，擴(kuò)大了聚合物物理機(jī)械性能的研究范圍，使高分子化學(xué)和高分子物理得到快速的發(fā)展，這也就是我國的發(fā)展階段。到 70 年代后期，開展研究高分子合成的反應(yīng)機(jī)理、研究某些特種高分子的合成和應(yīng)用、研究高聚物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系等方面都取得了卓越的貢獻(xiàn)。同時在稀土催化丁二烯橡膠和衣著用的聚丙烯纖維的品種上都形成我國自己的特色，這個時期就是深入階段。根據(jù)我國四化建設(shè)上的需要 ，為了取得更多更好而且價廉的高分子材料，我們還應(yīng)在如下幾個方面深入工作： （ 1）對原有品種改性與推廣應(yīng)用 應(yīng)通過共混、接技、嵌段、復(fù)合等方式對原有高分子改性和應(yīng)用開發(fā)進(jìn)行大量的研究工作，特別是在量大面廣的包裝、建筑、造紙等領(lǐng)域要注意解決應(yīng)用中存在的耐老化、抗燃燒、避免環(huán)境污染（能解體）等問題。目前世界各國都把改性研究視為發(fā)展高分子的一條經(jīng)濟(jì)路線。 （ 2）研制新的高分子材料 既要看到用新的合成材料會逐漸的取代天然纖維、有色金屬、木材、皮革等天然材料，還要看到明天宇航技術(shù)、訊息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的需要。所以說研 究高分子材料不僅是應(yīng)付面對舊材料日益枯萎對人類的挑戰(zhàn)，而且是推動新技術(shù)前進(jìn)的動力。 （ 3）開發(fā)高強(qiáng)高模耐熱高分子材料 目前尖端技術(shù)要求比強(qiáng)達(dá) 107（寸）、比模達(dá) 109（寸）高分子材料，當(dāng)前任何金屬和非金屬材料都有較大差距，唯有碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料尚比較接近，將來有可能突破。在耐熱方面要求能在 550℃ 較長時間使用的高分子新材料，這就要求必須在合成雜環(huán)和梯型高分子關(guān)環(huán)反應(yīng)上下功夫，大力研究關(guān)環(huán)反應(yīng)的方法和檢測方法。 （ 4）發(fā)展功能高分子 功能高分子是利用高分子上的官能團(tuán)或通過接枝共聚向高分子骨架引入新的 官能團(tuán)，使其成為分離材料、富集材料、催化劑、仿生高分子等。其技術(shù)難度大、投資大、效益卻高得驚人，有條件的應(yīng)先上。唯其仿生高分子牽涉的學(xué)科廣，技術(shù)要求高 ,投資大，應(yīng)積極作好準(zhǔn)備大力探索。 （ 5）加強(qiáng)高分子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的理論研究 因高分子不像小分子只有一級分子結(jié)構(gòu)（有時亦有締合和絡(luò)合），它們還有二級到多級的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。這些聚集態(tài)結(jié)構(gòu)隨環(huán)境和加工方法的不同而變化，這些結(jié)構(gòu)的不同對材料的影響至關(guān)重要。因此必須研究聚合過程中如何控制高分子鏈的序列結(jié)構(gòu)、鍵合結(jié)構(gòu)、端基及鏈上的雜結(jié)構(gòu)、交聯(lián)結(jié)構(gòu)、以及分子量和分子量分布 等，研究加工成型時的流變特性，以控制產(chǎn)品的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和織態(tài)結(jié)構(gòu)，以期改進(jìn)產(chǎn)品的物理機(jī)械性能；此外還要提高到理論來研究產(chǎn)品在使用過程中的老化問題和動態(tài)疲勞問題等。 3 結(jié)束語 有關(guān)化學(xué)學(xué)科和材料科學(xué)的發(fā)展是相互依托的，我國必須結(jié)合我們特定國情的需要來發(fā)展材料科學(xué)，更要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)科的基礎(chǔ)理論研究。