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1、无机化学新成果对大一学生创新思维的影响谭育雷 1101 化本班 110900044摘要：从创新教育的角度出发，介绍了近年来无机化学中有关氨的合成，金刚石合成以及超重元素合成的最新科研成果及发展历史，并探讨了这些新成果对创新思维的影响。关键词：创新思维；合成氨；合成金刚石；超重元素；稳定岛自从全国教育工作会议以来，教育工作者对素质教育、创新教育日益重视。对如何进行素质教育、创新教育开展了广泛的讨论。作为高等师范院校，这种讨论更深入，更广泛。进入 20 世纪 90 年代以来，科学技术发展非常迅猛。无机化学作为一门古老而又很有活力的科学，近年来也涌现出一大批新的科研成果。这些成果中，蕴含了极其丰富的
2、新的科学思想和科学方法。在适当的场合给大一学生介绍这些新成果，无疑会对大一学生创新思维的形成产生积极影响。1 常温常压下合成氨 氨的人工合成是由德国化学家 FHaber 在 1909 年发明的。他采用的是锇作催化剂，300 500 个大气压，温度为 500600。后来，德国化学家 CBosch 对该方法进行改进，特别是找到了廉价的铁催化剂，从而使合成氨实现了工业化。但是高温高压至今仍然是合成氨不可缺少的条件。由于采用高温高压，因而耗能高，设备腐蚀严重。因此，如何降低温度和压力，实现常温常压下合成氨成为不少科研工作者的一个梦想。进入 20 世纪 90 年代以来，这个梦想正逐步变为现实。由于豆科植
3、物的根瘤菌可在常温常压下把空气中的 N：还原成 NH。 ，而根瘤菌中靠固氮酶起作用。因此，研究常温常压下固氮的一条途径是模拟固氮酶的组成、结构和固氮过程。经过几十年的努力，终于在 1997 年从生物体中分离出固氮酶，并给出了 X 一衍射结构。但固氮过程仍是一个谜。N：分子是何种方式与金属离子配位的，又是怎样被还原成NH。 ，这些具体过程目前还不清楚。常温常压固氨的另一条途径是用过渡金属的分子氮配合物活化 N=-兰 N 键。1965 年 Allen AD等在水溶液中意外地获得了第一个分子氮配合物Ru(N。)(NH。)。Cl。 。这个配合物形成后，N：分子的键长由原来的1097 6 A 变为 11
4、2 A，可见，N。的活性增强了。1995 年，Laplaza CE在常压和低于室温的条件下使 N。与 Mo()配位，得到了 N3 一配位的配合物(ArRN)。Mo 三 N。这项研究展示了一个奇迹：温和条件下完成了 N。分子中三重键的断裂，即 N。一N3_。这项研究距离常温常压固氮的实现只有一步之遥。更引人注目的是，1998 年化学家 Hidai M在常压和 55温度条件下，通过分子氮配合物与分子氢配合物的反应产生了氨，产率达到55!反应式如下：W(PMe2ph)4(N2)+RuCl(r2 一 H2)(dppp)XNH3 其中 X 代表PFF，BF；-等大阴离子，dppp 为二(二苯基膦)丙烷，
5、这项研究在思路上的特点是“双管齐下” ，同时活化 N。和 H。 ，在常温常压下实现了从 N。到 NH。的转化。2 低温下人工合成金刚石自 1953、1954 年分别由瑞士、美国合成了人造金刚石以来，人造金刚石就形成了一个重要的工业体。人工合成金刚石通常以石墨为原料，以 Ni，Fe，Mn 等金属的合金作为催化剂，在高温(1 500-2 500)高压(5109 10109 Pa)下而得到。石墨转化为金刚石的一种重要机理“固相转化学说”认为：石墨的碳原子的键不发生断裂而在催化剂作用下按一定方向位移直接转化成金刚石结构，也就是说，在高压下各石墨层沿垂直于石墨的方向相互接近。即层间距被压缩。高温下碳原子
6、振动加剧，使原来错开半个格子的层间相对应的碳原子因反向振动而进一步靠近，相互吸引。原来的平面六边形格子有规律地扭曲起来。层中的电子分别向这些原子对的联线上集中，最后形成共价键，得到金刚石结构。催化剂使这种转化更加快速和定向，从而使碳原子完成了从 sp2 杂化向 sp3 杂化转化。1998 年，我国化学家钱逸泰教授领导的研究小组，以 NiCoHo 合金为催化剂，将 CCI。与过量的金属钠于 700的高压反应釜中生成了金刚石。这种全新的化学合成方法思路简洁而明快：CCl。分子中 sp3 杂化碳原子的 a 轨道骨架在反应前后不发生变动。ccl 键端的氯原子首先被钠原子夺走，接着偶联为 CC 键，形成
7、金刚石骨架结构。 光明 132003 年 8 月 9 Et 报道，我国化学家陈乾旺教授领导的研究组实现了在 440 件下，以 CO。为碳源，成功地合成了金刚石。首次实现了从 CO：到金刚石的逆转变。国外媒体评价其为“废气中产生的宝石思想” 。3 超重元素的合成，证实了稳定岛理论早在 20 世纪 60 年代后期 Myers，Nilsson 等核理论学家从核内存在着核子壳层和幻数和理论模型出发，提出了超重元素存在着“稳定岛”的学说。他们认为在核质子数 Z 一 114 和中子数一 186 即幻数附近时，有一些超重原子核将特别稳定，其寿命可能长达若干年，甚至 1015 年。这些寿命较长的超重元素构成了
8、一个“稳定岛” 。在这个富有巨大吸引力的学说的指引下，从 20世纪 70 年代到世纪末的 30 年中，无数的核科学家从核反应人工合成和天然界这两个方面寻找，付出了巨大的精力和代价来合成和寻觅超重元素。但这 30 年间，科学家寻找这些稳定核素的努力和进一步的理论研究似乎不支持“稳定岛”的存在。因为用更重的和电荷更高的核炮弹去轰击重原子核，受靶核的静电排斥越来越大，击中的机遇越来越小。另外，合成新元素的原子序数越大，核寿命越短。1999 年 1 月出现了新的曙光，俄美科学家联合小组宣布合成了114 号元素的一个同位素，半衰期长达 30 S。这比已发现的最重的核 277112 的寿命 028 ms
9、要长约 10 万倍，这一结果导致人们对稳定岛理论的兴趣突然恢复。时隔仅 3 个月，即 1999 年 4月，合成超重元素的努力竖起了一个新的里程碑。美国劳仑斯一柏克莱国家实验室(LBL)的核化学家宣布，他们用高能 86Kr 离子轰击 208Pb 靶，得到的复合核放出一个中子，生成含 118 个质子和 176 个中子的新核 293118，接着很快分裂出一个 a 粒子，衰变为新核 289116，新子核继续衰变为 285114，直至 269sg。即：293118289116-,285114+281112277110 十273Hs269sg。据估算，若不存在稳定岛，118 和 116 号元素的半衰期应为
10、 10-15 S，而实验观察到的半衰期为 10_510S，有力地支持了稳定岛的存在。这些超重元素的发现，将使得第七周期的元素很快被填满，第七周期称为“不完全周期”将成为历史。第八周期的元素也呼之欲出。LBL 的科学家还预言，用 86Kr 轰击 209Bi 可能获得 119 号元素，即第八周期的第一个元素。总之，科学是在不断地进步，新成果还会不断出现。研究这些新成果所采用的新思路、新方法以及这些新成果对科学技术的影响，是我们教育工作者义不容辞的责任，这些新成果也是对学生进行素质教育的良好素材。【参考文献】【1】胡明星，宿辉绿色化学理念在高等化学教育中的融入田黑龙江高教研究，2009，：175-176 【2】白广梅，李英无机化学实验的绿色化叨实验技术与管理，2006，23(2)：104-105网胡世代无机化学实验绿色化重要举措忉实验室研究与探索，2004,23(7)：50-55【3】杜霞，李碧玉，阿芳化学实验要在改革刨新中绿色化阴云南师范大学学报，2006,26(3)：70-712003,21(z1)【4】蒋毅民,李舒婷,黄(王乐 )(广西师范大学,化学化工学院,广西,桂林,541004)， 刘旭辉,银秀菊 2003,21(z1)
