01612班无机选论读书报告(编辑修改稿)

01612班无机选论读书报告(编辑修改稿)内容摘要：

积极思维 , 又能够促使他们注意经常不断地自觉总结经验体会。 这样 , 才能有效地增长他们的才干。 化学是一门实践性极强的自然科学 , 所以在教学过程中要特别 注意引导学生学以致用 , 使各种能力在运用知识的过程中得到锻炼。 实验无疑是化学学科最具实践性特征的重要教学环节 , 在无机化学实验中 , 除了注意加强基本操作训练 ,以增强学生的动手能力之外 , 还应着力培养学生的观察能力、分析能力、应变能力 , 以及严肃、认真的工作作风和实事求是的科学态度。 通过实验教学 , 使学生初步受到科研方法的训练。 另外 , 在教学过程中 , 努力创造条件让学生接触社会实际 ,例如组织参观、考察、见习等 , 也是十分重要的。 而且每次活动之后 , 都应要求学生写出报告 (报告中应针对某一具体问题或作出评价 , 或 提出解决方案 , 等等 ) , 以让学生的创新潜力在实践中不断得到加强。 对学生进行以上五个方面的基本技能训练 , 仅是笔者不成熟的设想和在无机化学教学中进行的尝试 , 是否妥当 , 还有待专家给予指教。 化学教育专业的师范专业生所需具备的基本技能当然不止这些 , 其它诸如基本计算能力、想像能力、论文写作能力、答辩能力等等 , 也都应当受到培养和训练。 另一方面 ,各种技能的培养和训练也需互相穿插和互相渗透 , 单独或孤立进行某项技能的训练也是不可能的。 但比较而言 , 在诸多必需进行培养训练的基本技能中 , 笔者以为前述五项更显重 要和紧迫 , 需要在大一时就应给予充分的重视。 7 有关无机化学和高分子化学学科及其材料的发展 0161203 居春燕 (湖州师范学院生命科学学院 湖州 浙江 313000) 前言 :材料、能源、信息构成现代文明的三大支柱，各种结构材料和功能材料与粮食一样，永远是人类赖以生存和发展的物质基础。 在满足人类衣食住行基本需求之后，为提高生存质量与安全，为可持续发展不断提出对新材料的要求。 材料是人类社会文明发展阶段的重要标志。 20 世纪人类社会文明的标志是合成材料， 21 世纪是智能材料的时代，广义上智能材料也包括生命材料。 具有特殊功能的先进材料越来越重要。 智能材料是指材料的作用和功能可随外界的条件变化而有意识的调节、修饰和修复，所以 21 世纪也被称为高新技术时代，信息产业、航天、生物工程、材料、微电子、光纤等新一代技术成为现代文明的重要支柱，而其中材料是最根本的物质基础。 人们从日常生活到尖端技术各个方面无不广泛应用多种多样的材料，但材料就其化学键的性质大体上可划分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类，现仅就其后两者简要论述。 当代无机化学的篷勃发展，主要的是基于特种技术对无机特种材 料的需求，当然无机化学的现代化始于化学键理论的建立和新型仪器的应用，使无机化合物的研究由宏观深入到微观，从而把它们的性质和反应同结构联系起来。 近半个世纪以来，国外研究的新发展主要在夹心化合物，金属原子簇络合物、笼状化合物、氟化物等的合成与应用，以及金属有机化学，生物无机化学和无机固体化学的开拓和发展。 因为上述化合物具有作为有机制备的新试剂和中间产物，化工生产中选择性高和活化力强的催化剂以及有医疗、解毒、杀菌等有效药剂的重要用途。 此外，人们知道在很多的生物过程中，金属起着核心作用，为氮的固定、光合作用、氧的传 送和贮存、能量转变以及许多金属生物酶，它们的功能皆涉及金属元素和生物体内物质的反应。 例如植物以太阳能辐射为能源，是要把 CO2 和 H2O 转化为氧和还原成有机化合物，有赖于含 Mg 金属元素的酶 ——叶绿素。 动物要吸入氧以氧化有机物来获得能量，有赖于含 Fe 金属元素的酶 ——血红素。 再看氮的固定，我们知道在合成氨工艺中，由于 N≡N的键能高达 945 kJ / mol，既便选用最佳的催化剂，也还要 500℃ ， 的刻苛条件。 而植物根瘤菌却在常温常压下进行着固氮作用，真是令人不可思义，虽说至今对固氮体系的生化过程尚不清楚 ，但与从固氮菌分离出来的两种含 Fe 原子簇的蛋白质却密切相关。 这十足说明无机化学也对能源和保健起着重大的作用，人们予计无机生物化学这门新兴的学科在下个世纪必将发挥巨大的作用。 于 1955 年用 2020Ｋ的高温和 7. 07103MPa 的设备，以 Ni 为催化剂将石墨转化为金刚石。 70 年代末产量达 6 吨， 用 3000℃ 和 7. 07103MPa 的条件合成了类金刚石结构的硼氮聚合物（ BN），其硬度高于金刚石。 70 年代最早用气相生长法，在常压下使碳氢化合物于 1200℃ 分解而生长的碳纤 维，其抗张强度比同样直径的钢丝要高几倍。 再有计算技术用的半导体材料， 50 年代制得 6 个九纯度的超纯硅， 70 年代制得 12 个九的超纯锗，均已在晶体管和集成电路广泛应用。 无机固体化学是化学和物理紧密结合的一门学科。 众所周知宇航、能源、计算机、激光、电子等现代技术都需要特殊性能的新固体材料，即具有耐高温、耐老化、耐腐蚀、高强度、高韧性的结构材料和具有光、磁、声、热、力等性质的功能材料，这些都是通过无机固体化学研制成功的。 我国无机化学的发展照国外有很大差距，但无机化学的发展却对我国的国民经济有着重大意义。 这是由于我 国的矿产资源非常丰富，储量探明的已有 50 余种，其中稀土、钨、锑、锌、锂、钒的储量多占世界首位。 稀土在国外称之为稀，可 80%以上的储量均在我国。 钨的储量占世界的 60%～ 70%。 其它如铜、铁、锡、铅、锰、镍、钛、铌、钼、汞、硼矿等也名列世界前茅。 遗憾的是我国矿产资源多为贫矿，品位不高，而且为多种矿组合在一起的伴生矿，这在选矿和冶炼都很困难，以致长期以来未能得到有效的综合利用。 同时有很多贵重元素散失在尾矿、炉渣、烟质、废气中。 例如攀枝花的钒钛铁矿，其中与铁共生的大量钒和钛在炼钢过程中多数被抛弃，只有少部分钒回收， 相反地我们每年 8 却要进口大量钛金属及其化合物，这个浪费该是如何的惊人，这还不就是由于我国的无机化学不发达吗。 因此我们必须结合我国矿产资源的特点，寻找冶炼的新方法、新技术和新工艺，以使我国的贫矿和伴生矿得到有效的冶炼、提取和合理的综合利用，并为丰产元素开拓新的提取途径，是为当务之急。 着重的发展冶炼化学和各类元素化学，建立有我国特色的发展无机化学的模式。 此外，我们还要结合新技术中的需要，以及国内外研究开发的某些热门无机材料，如高温高强的氮化硅和碳化硅陶瓷结构材料、超导材料、无机纤维补强复合材料、以及太阳能的光 —电转换和光 —热换非晶态硅材料等加强研究，这也是我们的发展趋势。 自本世纪 30 年代，高分子科学作为一门化学基础学科的分支创建以来，发展异常迅速。 到 60 年代已基本成熟，奠定了基础。 合成高分子材料在大规模工业化生产上已形成气候，占据了人们日常生活和尖端技术上需要的重要位置。 在研究高分子的基础理论方面，如高分子溶液的热力学性质，链结构的统计，粘弹性、结晶过程与结晶形态等问题，都在物理本质上取得了实质性的进展。 随着人们大量科研和生产的实践，高分子工业生产的规模愈来愈大，高分子产品的应用 愈来愈广，新型、特种、功能性的高分子材料不断地涌现，这就要求对高分子科学还要深入的研究，进一步提高材料性能，改进材料的不足，开发材料的合理应用，更重要的是使高分子的工业生产建立在更合理更科学的基础上，使人们按需要的性能制造出需要的新材料，以期尽快的大力发展高分子材料科学。 70 年代以来，高分子科学的发展有三个方面，一是通用型高分子向大型工业化生产发展，特别是由于高效催化剂的出现，可使烯烃聚合的成本下降 30%，有利于建大厂，向规模经济要效益。 其次是工程塑料与复合材料的发展，由于它们的高强或高强高模可以代替或部 分代替金属的轻质结构材料，这对提高飞机、汽车、船只等运输工具的性能和节省能源都具有重大的意义。 据报导目前有的机种已有 80%～ 90%的表面积用轻质的非金属材料代替了铝合金。 三是特种高分子的兴起，如耐高温、高强度、高绝缘等高分子材料，它们的产量小、成本高，通常亦称之为精细高分子化学品。 这其中最重要的一个组成部分，就是功能高分子，即除具有机械特性之外，还具有其它的导电性、催化性、化学性、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 等都可以加工成导电体或半导体。 半导体材 料的性能将决定计算机性能的好坏，纯半导体材料硅和锗做集成电路，其性能己不能满足现代计算机的要求，为此科学家研制出高性能的半导体材料 ——GaAs。 GaAs作为半导体材料，其性能的优越性表现为禁带宽度和工作温度都比硅和锗高，电子运移率是硅的 倍，锗的 倍。 频率是硅的 倍，锗的 2 倍。 开关速率比硅和锗大千倍。 用这种 GaAs 半导体材料作芯片的计算机，其运算速率将比现有的计算机高出千倍。 值得注意的是聚乙炔和聚乙烯咔唑还能制成光导高分子，可在宇航、电子设备中广泛应用； 开发了具有催化 活性的高分子配位体的钯络合物催化剂，可催化各种有机化合物的加氢反应（效果极佳）；聚偏氯乙烯及其共聚物可制成热 —电、压一电高分子材料；高分子膜技术，如各种（反）渗透膜、离子交换膜等，用于海水淡化、污水净化、溶液浓缩、水相冶炼等分析和分离的技术中；发展最快的要属医用高分子，如人造皮肤、骨骼、肌肉、角膜、内脏器官等。 为了解决好它们在人体内的相容性、耐久性、抗血凝性等技术难度大而且非常复杂的问题，涉及到多种学科的基础研究工作，各国都在制定长远目标来考虑。 另一个非常值得注意的问题是一切生命物质的基本结构单元，诸如蛋 白质、纤维、核酸等都是高分子物质，因此高分子生命物质的合成、结构、和功能的研究是为当代的热点。 随着生命科学研究的不断深入和开拓，人体的秘密逐渐被了解，模拟和合成与人体生物相容性强的医用材料将会大量开发。 生物材料中有的是结构材料，包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织材料。 还有许多功能材料所构成的功能部件，如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜，在生物体内生长成有不同功能的材料和部件。 材料科学的发展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料，如高分子 量的聚乳酸作为可生物降解的类骨器材料，含氟人造血浆用于输血材料，用有机硅材料作为亲水性的隐性眼镜材料，用聚胺酯做成人造皮肤、骨胶原材料及人造血管材料，人造肾、人造心脏材料等。 自从胰岛素和核酸酶通过人工合成成功以来，无疑的 9 对生命科学向前推进了一步，值得骄傲的是胰岛素和 tRNA 核酸酶的人工合成，其主要贡献都是出自我们中国。 我国的高分子科学和工业生产基于建设上的需要始于建国初期，也就是所谓的创始阶段，进行了一些大品种的合成试制工作，建立起一些产品质量控制的检测和表征手段，并培养了大批从事高分子工作的人员，基本 上奠定了高分子科学的基础。 60 年代由于尖端技术和许多新兴工业的需要，在国内研制成功许多耐高温、高强高模高弹等高性能的新型高分子材料。 并结合实践开拓了结构研究领域，扩大了聚合物物理机械性能的研究范围，使高分子化学和高分子物理得到快速的发展，这也就是我国的发展阶段。 到 70 年代后期，开展研究高分子合成的反应机理、研究某些特种高分子的合成和应用、研究高聚物结构与性能的关系等方面都取得了卓越的贡献。 同时在稀土催化丁二烯橡胶和衣着用的聚丙烯纤维的品种上都形成我国自己的特色，这个时期就是深入阶段。 根据我国四化建设上的需要 ，为了取得更多更好而且价廉的高分子材料，我们还应在如下几个方面深入工作： （ 1）对原有品种改性与推广应用 应通过共混、接技、嵌段、复合等方式对原有高分子改性和应用开发进行大量的研究工作，特别是在量大面广的包装、建筑、造纸等领域要注意解决应用中存在的耐老化、抗燃烧、避免环境污染（能解体）等问题。 目前世界各国都把改性研究视为发展高分子的一条经济路线。 （ 2）研制新的高分子材料 既要看到用新的合成材料会逐渐的取代天然纤维、有色金属、木材、皮革等天然材料，还要看到明天宇航技术、讯息技术、计算机技术的需要。 所以说研 究高分子材料不仅是应付面对旧材料日益枯萎对人类的挑战，而且是推动新技术前进的动力。 （ 3）开发高强高模耐热高分子材料 目前尖端技术要求比强达 107（寸）、比模达 109（寸）高分子材料，当前任何金属和非金属材料都有较大差距，唯有碳纤维增强环氧树脂复合材料尚比较接近，将来有可能突破。 在耐热方面要求能在 550℃ 较长时间使用的高分子新材料，这就要求必须在合成杂环和梯型高分子关环反应上下功夫，大力研究关环反应的方法和检测方法。 （ 4）发展功能高分子 功能高分子是利用高分子上的官能团或通过接枝共聚向高分子骨架引入新的 官能团，使其成为分离材料、富集材料、催化剂、仿生高分子等。 其技术难度大、投资大、效益却高得惊人，有条件的应先上。 唯其仿生高分子牵涉的学科广，技术要求高 ,投资大，应积极作好准备大力探索。 （ 5）加强高分子结构与性能关系的理论研究 因高分子不像小分子只有一级分子结构（有时亦有缔合和络合），它们还有二级到多级的聚集态结构。 这些聚集态结构随环境和加工方法的不同而变化，这些结构的不同对材料的影响至关重要。 因此必须研究聚合过程中如何控制高分子链的序列结构、键合结构、端基及链上的杂结构、交联结构、以及分子量和分子量分布 等，研究加工成型时的流变特性，以控制产品的聚集态结构和织态结构，以期改进产品的物理机械性能；此外还要提高到理论来研究产品在使用过程中的老化问题和动态疲劳问题等。 3 结束语 有关化学学科和材料科学的发展是相互依托的，我国必须结合我们特定国情的需要来发展材料科学，更要进一步加强学科的基础理论研究。