展现基础理论在高新技术中的闪光点,提高在教

展现基础理论在高新技术中的闪光点提高在教学中培养创新思维的自觉性北京大学化学学院高盘良常常听到学生说：“基础理论远水不解近渴”课堂上听不到基础理论在高科技中激动人心的辉煌反映：化学教材的编写及课堂教学不能适应现代教学的需要后果：必将大大挫伤学生学习化学的兴趣和积极性，直接影响到具有创新能力的化学人才的培养，必须引起高度重视和认真研究。有一个学生学习了物理化学课程后体会：物理化学是一门令人爱恨交加的课程，当你走得越远，才发现她离你越近。基础理论与现代科技的关系基础理论与现代科技关系密切，在世界经济由工业经济向知识经济转变阶段，基础理论为国民经济提供的新技术将发挥越来越直接的作用。基础理论与现代科技的关系基础理论是高新技术的先导和源泉。基础理论每当取得突破性进展往往会促进应用研究和技术开发，最终形成大产业基础理论与现代科技的关系以物理化学为例在分离科学中具有划时代意义的超临界流体萃取、用相图指导钕铁硼强永磁材料的制备、应用反胶束作为纳米反应器制备纳米粒子…基础理论与现代科技的关系说明化学中的基础理论通过化学家的创新研究对高新技术所起的巨大的

推动作用。基础理论与现代科技的关系

我们应在基础层次上寻找前沿的根，作为教师应充分发掘这些“闪光点”，让原理在科学研究和实际应用的实例中展现其活力，提高创新能力。基础理论与现代科技的关系

举一些“闪光点”为例说明化学基本理论在现代科技中发挥的巨大推动作用。基础理论与合成化学、

新材料的制备

(1)合成氨技术

2007年度诺贝尔化学奖颁发给德国化学家格哈德埃特尔以奖励其揭示固体表面的化学过程研究中作出的杰出贡献基础理论与合成化学、

新材料的制备如铁催化剂表面的合成氨反应历程，经多方面精确实验证明属于

朗格谬—欣谢尔伍德历程合成氨反应历程（旧）合成氨反应历程

（新）合成氨反应历程

（新）合成氨反应历程

（新）裂解的氮原子和氢原子同时被吸附在两个相邻的活性中心上，然后再转变为生成物氨。研究揭示，氮分子的裂分比反应的其他步骤要慢得多，一旦氮裂分，其后的反应就以极快的速率发生，以至氨形成并离开表面。合成氨反应历程

（新）而铁催化剂中作为助催化剂钾的加入使得氮的吸附解离（速控步）变得更容易，从而加快了催化反应速率。基础理论的重大发现为合成氨催化剂的研究指明了方向,

必将促进合成氨工业的飞速发展.(2)钕铁硼强永磁材料的制备

目前公认的得到广泛应用的是钕铁硼强永磁材料钕、铁的熔点高钕金属活泼

钕

铁

硼熔点/℃1024

1535

2177采用先制备纯的钕、铁、硼是不现实的.钕铁硼强永磁材料的制备

凝固点降低原理、二组分体系相图，巧妙地设计了一个电解装置才攻克了备制的难关。钕铁硼强永磁材料的制备凝固点降低原理：铁—钕合金在远远低于熔点的

640℃形成含钕

68.5％时的低共溶物，钕铁硼强永磁材料的制备先用熔盐电解法制备铁-钕合金

(所得低共熔物含钕可高达88.5％)，为在铁-钕合金中掺入铁及硼创造了条件。

钕铁硼强永磁材料的制备设计了如下的工艺条件:(1)配制富含钕的电解液，如三氯化钕(2)选择电解温度，使其比640℃略高；(3)电解产生的钕在铁电极金属上生成熔融状态的钕铁合金溶液，由于密度大于三氯化钕，不断滴入接受器，以保持电极金属铁表面是新鲜的，因此设置钕-铁合金接受器是一个巧妙的构思。钕铁硼强永磁材料的制备

钕铁硼高性能的强永磁材料的制备是相图理论指导的成果之一古老的相图理论在高新技术中唤发出青春。(3)反相微乳法及胶团法制备

纳米粒子

纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，以1nm的粒子与乒乓球相比，犹如把一个乒乓球放在居住着全人类的地球上。反相微乳法及胶团法制备纳米粒子纳米材料具有许多神奇的功能高机械强度：大于钢100倍，1/6重量反相微乳法及胶团法制备纳米粒子纳米材料具有许多神奇的功能如此微小尺度的材料是怎么制得的？化学家利用了胶体化学中具有纳米尺度的反胶束（油包水）作为纳米反应器用于制备纳米粒子反相微乳法及胶团法制备纳米粒子以碳酸钙纳米粒子制备为例油包水胶束（3～6nm）Ca(OH)2CO2Ca(OH)2反相微乳法及胶团法制备纳米粒子反相微乳液法：①双微乳法，即混合含有

2种反应物的反相微乳液反应在微水核中进行，并成核、长大，最后得到纳米粒子．反相微乳法及胶团法制备纳米粒子反相微乳法及胶团法制备纳米粒子

②单微乳法往含有反应物A的反相微乳液中加入反应物B(或气体）．反应物B在反相微乳液系统中扩散，透过表面活性剂和助表面活性剂组成的复合膜向微乳内核中渗透，A、B在微水核中混合并反应。反应物的渗透扩散为控制过程。TiO2纳米粒子就是采用单微乳法制备的。

反相微乳法及胶团法制备纳米粒子纳米BaCO3的制备配制BaCl2和

Na2CO3两个水溶液反相微乳液表面活性剂C12E4

环己烷等体积的A与B微乳混合制成纳米BaCO3。反相微乳法及胶团法制备纳米粒子在“十一酸/癸胺/癸烷/水”正负混合反胶束体系中，利用聚合物的诱导作用合成羽毛状BaWO4纳米线超结构反相微乳法及胶团法制备纳米粒子“十一酸/癸胺/癸烷/水”体系中，通过改变正负混合表面活性剂配比合成树枝状BaCrO4纳米带超结构Ba2++CrO42-24h(4)电化学合成及电催化

电化学合成是指用电化学方法去合成无机及有机化学物质利用电极反应动力学原理即多相电催化选择或修饰电极材料与降低超电势

加速特定的电极反应电化学合成及电催化葡萄糖阴极电还原合成甘露醇和山梨醇为例，电化学合成及电催化电化学合成及电催化“一箭双雕”的反应，即一个反应物在同一电极上生成两个有用的产物：甘露醇和山梨醇，而且甘露醇附加值更高。电化学合成及电催化

石墨、金属铅、雷尼镍三种材料作阴极以雷尼镍的电流效率最高

催化活性最高,

雷尼镍的选择性好

甘露醇的相对含量最高电化学合成及电催化新兴工业正处于篷勃发展阶段基础理论与

现代分离技术

①超临界流体萃取超临界流体萃取是分离科学中有划时代意义的科学进步。

②蛋白质微乳分离技术(1)超临界流体萃取

基本原理

☆溶解度定律

☆三组分体系二相平衡的分配定律

☆焦尔-汤姆逊效应超临界流体萃取超临界流体萃取超临界流体萃取

态4→5：溶解度随温度升高而降低，为使分离完全而升温

态5→5﹡：态5为萃取物的过饱和混合物，萃取物自动析出，与CO2分离

(2)蛋白质微乳

分离技术

基本原理

表面活性剂

油包水微乳

蛋白质等电点蛋白质微乳分离技术

有两种蛋白质：蛋白质分子量等电点pI溶菌酶1450011.1核糖核酸酶137007.8

蛋白质微乳分离技术表面活性剂的两性（亲油和亲水）蛋白质微乳分离技术水

水包油

5～100nm

油包水

3-6nm蛋白质微乳分离技术蛋白质微乳分离技术蛋白质等电点（两性的性质）

蛋白质微乳分离技术基础理论与新能源

世界能源储量：

煤炭储量可开采100～150年，天然气储量可开采50～60年，石油储量可开采30～40年。基础理论与新能源基础理论与新能源基础理论与新能源可燃冰(甲烷水合物)为什么“冰”能燃烧?亨利定律基础理论与新能源基础理论与新能源2007年能源领域年度十大新闻，

南海北部成功钻获可燃冰实物样品天然气水合物的发现展示了

后石油时代的美好前景

天然气水合物开发利用研究

已列为22项前沿技术之一。

天然气水含物研究的应用前景：与液化天然气和管道储运技术相比

存储空间小，存储量大，储气条件相对温和，安全，高效，经济。应用前景的拓展：

海水淡化，空调蓄冷，气体分离基础理论与新能源基础理论与新能源

化学电源基础理论与新能源

银锌电池轻而小，又适于大功率放电全钒电池是一种理想清洁的绿色能源。我国钒资源丰富，是值得研究发展的一个方向，基础理论与新能源

锂电池锂是诸金属中具有质量轻、Li／Li+电极标准电极电势最负，导电性和机械性能良好等优点，自20世纪80年代以来是研究的热点之一成为最有竞争力的高能电池之一。基础理论与新能源

燃料电池是十分清洁的发电装置，重要的发电手段服务于人类。储氢合金LaNi5是CaCu5型结构，六方晶系的晶体结构晶胞中有6个变形四面体储氢空隙“小问题”有大道理化学原理无处不在一个化工厂、制药厂…工艺中的每一个步骤都包含有物理化学原理我们周围生活中化学原理无处不在。结合这些“小问题”可以使书本上的理论变得生动而容易理解，培养学生的化学视角。“小问题”有大道理爱斯基摩人根据季节的变换从汪洋大海含盐海水中取出不含盐的淡冰小锅炒菜为什么色香味俱佳？酶催化和化学反应速率的负温度系数在起作用“小问题”有大道理2008年我国南方地区遭受的大面积冻雨灾害的

冻雨即是过冷水滴

过冷水滴即单组分体系相平衡中的亚稳态水，与稳定态的固态的冰或雪不同“神七”航天员出舱前的准备工作：

吸（纯）氧排(血液中）氮

为避免进入低压环境后

血液中溶解的氮析出

在血管中形成气栓

原理:亨利定律

减压使气体溶解度降低“小问题”有大道理创新是关键基础理论是根本常教常新是保证课堂教学要改进

创新是关键

基础理论是普遍性的原理，将其应用于实际关键是具有创新能力的研究工作者。

创新是关键

蛋白质微乳分离技术知识点相平衡中萃取的

分配定律有机化学中

蛋白质的等电点胶体化学中

表面活性剂和乳化作用

创新是关键超临界流体萃取技术理论基础是：临界现象、两相平衡分配定律及焦尔—汤姆逊效应创新是关键

说明：高新技术的基础在基本理论必须有掌握这些基本理论的科学工作者具有创新思维的能力否则怎能将许多分散在不同学科不同领域看来风马牛不相及的知识点结合起来形成高新技术呢?基础理论和创新思维是高新技术的二个支柱创新是关键前沿领域日新月异,根部深植于并不深奥的基础理论和并不复杂的方法之中应在基础层次上寻找前沿的根作为教师应充分发掘这些“闪光点”让原理在科学研究和实际应用的实例中展现其活力基础理论是根本

要实现创新必须对基础理论有正确的理解和熟练的掌握化学教学任何时候都不能放松基础理论这个“根本”丢掉了“基本”创新就成了无源之水只是空喊的口号2006年诺贝尔化学奖科恩伯格报告（2008.11.12）对于初学化学的人，基础最重要,