绿色化学教育与化学实验教学

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　　摘要：绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿，是使人类和环境协调发展更高层次的化学，是学生进行环境教育的重要内容。在化学实验教学中可从实验教材、实验手段、实验方法方面进行绿色化学教育。
　　关键词：绿色化学　化学实验教学
　　
　　自1991年美国环保局提出绿色化学这一新术语以来，绿色化学已逐渐成为世界各国普遍接受和大力实施可持续发展方针的重要组成部分，引起了化学界和工业界的新变革。随着社会发展的不断进步，人们对环境问题日益关注，使得传统化学举步维艰，难以进一步发展。同时人类更加清楚地认识到不能再急功近利，片面追求物质享受，一定要在发展的同时顾及生态环境的协调性，否则人类将无法生存下去。因此，绿色化学应运而生，成为整个化学界一颗耀眼的明珠，它是进入成熟期的使人类和环境协调发展更高层次的化学，是粗放型化学向集约型化学的转轨。近年来，绿色化学受到了世界各国高度的重视，绿色化学与技术已成为各国政府关注的重要问题和任务之一。定期在美国、欧洲和亚洲举行的有关绿色化学主题的会议不断增多，反映了科学界以及公众对绿色化学日益增进的关注，绿色化学组织和绿色化学网络在美国、意大利及英国等国的创立也表明绿色化学已是世界科技发展的热点。为了使化学呈现一片新的生机，为了人类的生存和未来，大力推广绿色化学，很多国家设立了绿色化学奖：1999年世界上第一本“绿色化学”(Green Chemistry)杂志问世；2002年美国出版了第一本“绿色化学”教科书。目前我国也已加入这绿色化学的研究行列，绿色化学及绿色化学教育在我国也得到相当程度的重视。我国在1995年中科院化学部确定了“绿色化学与技术”的院士咨询课。1996年召开了“工业生产中绿色化学与技术”的研讨会；1997年由国家科委主办的第72届香山科学会议就是以“可持续发展问题对科学的挑战――绿色化学”为主题，这个会议宣告了我国的绿色化学研究和开发工作已正式开始起步了，这对我们化学教育工作者的教育指导思想也提出了新的课题。
　　1、绿色化学的内涵及绿色化学的必要性。绿色化学亦称环境无公害化学或环境友好化学，是用化学的技术和方法消除那些对人类健康或环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂的使用和副(废)产物等的产生，力求使化学反应“具有原子经济性”，实现废物的零排放。其目标是把传统化学和化工生产的技术路线从“先污染、后治理”变为“从源头上根除污染”。是当今国际化学科学研究的前沿之一，是具有社会需求和科学目标的新型交叉学科。它不但具有重大的社会、环境、经济效益、也表明化学的副作用是可以避免的。
　　1998年中科院院士，在中国科学技术大学校长朱时清的积极倡导下开设了一门独立的绿色化学新课程。1999年9月26～28日在清华大学召开了有国内外多所大学参加的“大学绿色教育国际学术研讨会”，共同对“绿色大学化学课程体系”、“大学绿色教育问题”等进行了交流与研讨。化学实验课是在高等院校进行绿色化学教育最合适的课程之一，这是化学实验课本身的特点决定的。因为化学是以实验为基础的，因此在化学实验教学中进行绿色化学教育是非常合适和必要的。
　　2、化学实验教学与绿色化学教育。
　　2．1　结合绿色化学教育加强化学实验教材建设。在高校化学实验教学中渗透绿色化学教育，首先应加强教材建设。由于绿色化学这一领域刚刚形成不久，“具有原子经济性”这一重要的基本概念在1991年才由美国著名有机化学家Trost在《Science》上提出，1996年以前出版的教材都未能反映绿色化学的内容，所以化学实验用教材也需要做一定调整。目前我国有机化学实验有些内容已改为少量或半微量实验，文献阐述了无机化学实验中的绿色化学教育问题，但仍需要进一步调整。应先从绿色化学的基本原则出发选择更新一些具有时代性与绿色化学有关的内容，如汽油无铅化、洗涤剂无磷化、原子经济性减少废物的排放等。分析化学实验应增加分析化学内容：扩展一些新开发的环境友好工艺中采用的新试剂和新技术。如：有机化学教材中介绍Friedel-Crafts烷基化反应。一般是使用反应是用液体酸催化剂，如：H2SO4，HF；或用Lewis酸，如：AlCl3、ZnCl2等催化。由于使用H2SO4，HF类酸催化剂后，酸废液的后处理工艺复杂，产生的废液会污染环境，催化剂再生困难；AlCl3、ZnCl2类酸催化剂选择性不高，分离产物时催化剂被水解放热，并产生大量的HCl气体。近年来国内外报道的负载型固体酸催化剂和其它固体催化剂。如用蒙脱土为载体的固体酸催化剂(K10)，金属卤化物，硅胶型催化剂，在Friedel-Crafts烷基化反应中表现出了优良的环境友好催化性能。这样于点点滴滴中渗透绿色化学教育的内容，在介绍基本原理的同时让学生了解到新的应用和发展。也可在教材中以专题形式增加绿色化学的内容。设置开放实验。从传统化学取其精华，弃其糟粕，完善教材内容，实现从传统化学到绿色化学的转变。
　　2．2　结合实验教学实际加强绿色化学教育。文献阐述了如何处理对实验室环境构成严重危害的在实验中使用的各种各样的试剂，阐述了农药对环境所造成的危害及与绿色农产品相适应的未来的化学农药也应该是直接应用于绿色农产品的绿色农药。可开展与实验教学有关的一些课外活动及社会实践活动，进行废物利用研究，如：从电镀液中回收铬化合物。回收干电池、镉镍电池等实践活动是很有意义的。不仅使学生所学知识得到了巩固和提高，更重要的是进行了绿色化学教育。
　　2．3　实验教学与计算机辅助的绿色化学设计。化学实验的实施，既要考虑实验成功、尤其合成实验还要考虑具有高的原子利用率，能用简单、安全、对环境友好的操作快速、定量地把价廉易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子，还要考虑最少的废物和副产品，而且要求对环境无害，可见其难度之大。因而有必要使用现代化教学手段以适应高层次的绿色化学教育。采用多媒体、Internet等信息教育手段进行实验教学。用多媒体演示对环境有毒有害的生产和已对环境造成的危害，同时介绍减少有毒有害工艺。在绿色合成设计实验中计算机辅助设计(CAD)，可以在单位时间内向学生传递更多的信息，同时利用三维动画效果形象地展现实验操作，取得更好的教学效果。
　　综上所述，将上述绿色化学教育贯穿于化学实验教学是可行的。绿色化学的研究因体现了人类可持续发展的要求，从而方兴未哀，为化学及相关学科领域开展环境教育提供了契机。如果在化学实验教学中积极运用绿色化学的研究成果，将绿色化学教育的思想贯穿其中，其产生的影响也将会是积极而深远的。
　　绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿，是使人类和环境协调发展更高层次的化学，是学生进行环境教育的重要内容。在化学实验教学中可从实验教材、实验手段、实验方法方面进行绿色化学教育。

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