摘要:为了人类的可持续发展,化学界提出了绿色化学的理念,化学作为一门以实验为基础的自然科学更应该贯物绿色化学、绿色实验这一理念。本文在论述“绿色化学”概念的提出及“化学实验绿色化”涵义的基础上,讨论了化学实验绿色化的原则、具体标准,并提出了实现高中化学实验绿色化的措施。
绿色化学是21世纪化学发展的一个崭新的课题,绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展。化学实验作为化学教育的重要内容,由传统的实验模式向绿色化实验模式的转换与迈进,是新课程改革的要求,也是化学实验改革的方向。
一、化学实验绿色化的涵义
随着绿色化学研究的进一步发展,人们不仅关注工业生产与合成过程的绿色化,而且也对基础教育中的化学实验进行反思,并对化学实验的绿色化进行了卓有成效地研究和改进。中学化学实验绿色化是绿色化学思想在中学化学实验中的核心体现。
所谓化学实验绿色化就是将绿色化学的基本原理和理念应用于化学实验中的一项技术,它是运用预防化学污染的新思想和新技术,对常规实验进行改革而形成的化学实验新方法。在能够获得同样多的化学信息的前提条件下,用尽可能少的试剂进行实验,从而最大限度地减少“三废”排放,降低污染程度和不必要的浪费,使化学实验对实验场所和环境的污染降低到最低限度。化学实验绿色化是一个在传统化学实验基础上的创新过程。
二、中学化学实验绿色化的必要性、紧迫性
作为一门以实验为基础的自然科学,现行化学教材中60%以上的知识是通过实验引入或进行阐述的,但在化学实验中,却较少体现环境教育的内容。由于忽视高中化学实验室排放的污染物,全国数以万计的高中化学实验室几乎每天都在排放着总量不可忽视的污染物,而且由于化学实验所用的试剂品种多,排放的污染物成份复杂,治理起来非常困难,化学实验室对环境的污染已经非常严重。如何把绿色化学实验这一全新理念融合于我国化学课程、教材及教改中,是化学教育面临的新课题。它可以具体地为教师的化学实验教学提供参考,可以有效地减少高中化学实验对环境的污染,培养学生良好的实验习惯,养成爱护环境的品质,形成可持续发展的观念,有力地推动基础教育课程改革的进行。因此大力推进高中化学实验的绿色化,具有特别重要的意义。
三.中学化学实验绿色化的主要策略和措施
1.化学实验绿色化的原则
一个化学反应是否会产生污染以及污染的严重程度主要受四方面因素的影响:起始物的性质;反应过程及中间产物的特点;试剂的状态、实验装置和反应条件;产物的性质。这四个因素相互紧密联系,而且在一定条件下息息相关。因此,这四个方面也是化学实验绿色化所研究的内容,要减少化学实验污染主要应该从这些方面展开具体研究。根据高中化学实验的目的和性质,从绿色化学的角度分析化学实验绿色化的原则[1],可以总结为以下8条:
(1)防止废物的产生而不是产生后再来处理。
(2)实验方法应尽量使有毒害性的物质充分反应。
(3)设计合成方法时,只要可能,不论反应物、中间产物和生成物,均应对人体健康和环境无毒、无害(包括极小毒性和无毒)。
(4)应尽可能避免使用溶剂、分离试剂等助剂,如不可避免,也要选用无毒无害的助剂。
(5)在试验可行的前提下,原料要采用可再生资源代替消耗性资源。
(6)合成方法中尽量采用高选择性的毒害性小的催化剂。
(7)化学实验剩余物质如果不能分解成可降解的无害产物,要尽量回收处理,不能随意排放。
(8)化学反应过程的物质和实验方法,要使发生化学意外事故(包括中毒、爆炸、火灾等)的危险性降低到最小程度。
总之,高中化学实验绿色化,应尽量做到所选择的实验,其反应物和生成物无污染或污染小。如果是污染性较强的反应物,应考虑替换,无法替换的应该在保证现象的前提下限量使用,或者在密闭的装置内进行实验;如果是污染性较强的生成物应该做到有效地回收和处理;能循环利用的物质尽量回收利用;应该努力开发新的实验方法和实验仪器,替换原有的会产生环境污染的实验方法,实现“化学实验的绿色化”。
2.化学实验绿色化的具体标准
如果一个化学实验对环境无物质种类改变的影响或物质种类改变量极小,就可以说该化学实验达到了绿色化学实验的要求,具体标准如下:
(1)化学实验反应中原子的利用率达100%,如:
(2)化学实验体系排放给环境的物质种类是环境体系正常组分中所固有的。如放出的气体是空气中固有的正常组分O2,N2,H 20,C02等。例如CO还原Fe2 03实验中尾气燃烧后转化为C02放空。
(3)实验体系不向环境放出物质如:在密封体系中温度影响化学平衡移动的实验。
(4)会造成污染的废弃物应集中收集并处理后转化为非污染物。让学生知道随意排放污染物是一种错误的行为,甚至是一种违法行为。
(5)在实验现象明显的前提下,对不可避免会形成污染的实验尽可能使其微型化,本着能小不大,能少不多的原则设计,使污染达到最小值。
据据不同情况达到上述任一条或几条要求的化学实验,可以认为是达到了化学实验绿色化的要求。
3.实现高中化学实验绿色化的措施
在西部欠发达地区中学化学教学中,由于教师和学生的环境意识相对比较淡薄,实验条件差,在这种情况下,如何有效开展绿色化学实验,节约现有的紧缺的教育资源,提高学生的动手机会和动手能力,引导学生关注人类赖以生存的自然环境,培养学生的科学精神和创新能力,更好地传播绿色化学的新观点、新思想等是非常必要的。
(1)规范实验操作,严格实验药品用量,培养绿色实验意识
化学实验要求学生做到基本操作正确而且规范化,尽可能减小化学实验造成的环境污染。比如,闻气体的方法,不能用力吸,也不能敞开容器口,免得气体泄露太多;认真检查制备气体装置的气密性,以免有毒气体的泄露;有机溶剂苯等挥发性较强物质的实验,要在通风橱中进行,避免人体受伤害。
在中学教材的许多实验中,药品的用量常用“少许”、“少量”、“适量”、“一定量”等字眼儿笼统地加以限定, 在保证实验现象的前提下减少实验药品用量,既可减少药品消耗,又可减少废液污染。比如进行酸碱性质的实验,指示剂浓度可以适当减小; 能用1滴试剂完成的实验,决不用第2滴,能用点滴板完成的实验决不用试管。比如:氯水与NaBr溶液、KI溶液的反应,以及溴水与KI溶液的反应,使用点滴板可大大减少CI2、Br2对环境的污染
化学实验绿色化首先要有扎实的实验基本功。在课堂教学中教师要以身作则,做到言行一致,以教育学生树立良好的环境意识。