纳米材料在化工生产中的应用-李馥星

关于化学前沿的哲学思考系别：化学系专业：化学班级：101班姓名：李馥星学号：2010121143时间：二〇一一年十二月二十日关于化学前沿的哲学思考Theforefrontofphilosophicalreflectiononchemical李馥星（山西太原师范学院化学系，山西太原030031）【摘要】本文主要讲述了在化学中的一些科学前沿，并从中感悟的哲学道理，进一步对化学前沿深入思考。这不但有助于大学生辩证唯物主义哲学思想的提高，而且对于他们掌握化学知识，树立正确的世界观和方法论有更大的帮助。有机化合物之间相互转化所遵循的理论和规律的一门科学，蕴涵着极为丰富的辨证思想。【关键词】化学前沿；哲学思考；辩证唯物主义；有机化学哲学是关于自然界、社会和人类思维共同的、普遍的规律和原则，是自然科学和社会科学的概括和总结，是系统化、理论化的世界观，同时又是观察分析解决各种问题的方法。【1】化学是自然科学的一大分支，它是研究物质运动的学科，它的基本概念、理论及其内在机理等，蕴含着丰富的辩证唯物主义思想。【2】因此，化学教学过程中，在传授科学知识的同时，加强对大学生哲学思想的培养，不仅有助于他们学习和掌握所学的化学知识，而且有助于他们树立正确的世界观和方法论。1.绿色化学三大重点研究领域。今天，“绿色化学”已被公认为是21世纪最重要的科学领域之一，是实现污染预防最基本的科学手段。尽管现在还很难对其未来发展趋势做出准确而全面的预测，但根据现在的研究进展可以断定，绿色化学在一些具体研究领域既具有科学研究价值，又将产生重要的社会和经济效益。1.1绿色氧化剂提高氧化反应选择性。近年来，氧化化学取得了很大的进展，但也带来了许多问题。一方面氧化化学是最重要的化学分支之一，另一方面，氧化化学也是环境污染最严重的技术之一，目前已开发的许多氧化剂和催化剂都含有毒性物质。为了解决这个问题，研究人员正致力于开发既具有高选择性、高效率又对环境无害的绿色化工技术。1.1.1采用无毒、无害溶剂或不使用溶剂。与化学品制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品，而且和生产过程中使用的溶剂也有关系。当前广泛使用的溶剂是挥发性有机化合物，会造成较大的环境污染，采用无毒无害的溶剂代替挥发性有机化合物作溶剂已成为绿色化学的重要研究方向。在无毒无害溶剂的研究中，最活跃的研究项目是开发超临界流体，特别是超临界二氧化碳作溶剂。超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点以上的二氧化碳流体。它既有常规液态溶剂的溶解度，在相同条件下。又具有气体的粘度，因而具有很高的传质速度。由于具有很大的可压缩性，流体的密度、溶剂溶解度和粘度等性能均可由压力和温度的变化来调节。超临界二氧化碳的最大优点是无毒、不可燃、价格低廉。在国家自然科学基金的支持下，科学基金重点项目—“有机氟化学中若干前沿领域研究”针对有机氟化学前沿领域若干问题进行了深入系统的研究，实现了部分含氟杂环化合物的合成，并基于氨基酸设计、合成了系列新的有机催化剂，推动着绿色有机氟化学向前发展。2.活跃的有机氟化学。有机氟化学是有机化学的一个分支，随着有机化学的发展而得到蓬勃发展。近10年来，有机氟化学的研究十分活跃，10年前由美国化学会（ACS）登录的新化合物中含氟化合物已占了6.5%以上。由于含氟化合物具有独特的物理化学性质，它在人们日常生活和工农业生产方面得到了广泛应用。有机氟化学越来越广泛地应用在染料、感光材料、航天等尖端技术、聚合材料以及农药和医药等方面。随着有机氟化学基础理论的深入，新含氟农药、医药及高分子材料相继问世，显示了氟化学研究和发展的巨大潜力。有机氟化学在20世纪被广泛应用于人类生产和生活的各个方面。这些应用技术的取得无不来源于化学家对有机氟化学基础研究所取得的成果。现代有机氟化学在可控与选择性的氟化反应方面取得了较大的进展。另一方面，含氟材料和含氟功能材料的研究是氟化学研究中的一个重要领域。如全氟离子磺酸膜应用在纯碱工业消灭过去汞法生产引起的严重的环境污染，这一新技术引起了纯碱工业一次革命性的发展。这一成果的取得是和氟化学基础研究的发展分不开的。2.1破坏臭氧层的不是氟。化学的迅速发展在为人类生活带来便利的同时，给人类也带来了许多问题。由于科学探索的不确定性，化学家在研究过程中不可避免地会合成未知性质的化合物，只有通过经过长期应用和研究才能熟知其性质，这时新物质可能已经对环境或人类生活造成了影响。用哲学的观点看，也就是说事物都存在着偶然性和必然性。必然性决定事物发展的根本趋势，只有通过大量的偶然性才能表现出来，偶然性是必然性的表现形式和补充，偶然性的背后总是隐藏着必然性，必然性是偶然性的支配力量。【3】有机氟的应用同样存在着偶然性和必然性的辨证关系。氟利昂的研制、应用和逐渐被取代就是这方面的一个实例。氟利昂是美国研制的一种制冷剂。20世纪70年代，科学家们发现氟利昂会破坏地球臭氧层，危及人类健康，破坏生态平衡。1985年联合国环境规划署制定了《保护臭氧层维也纳公约》，提出控制氟利昂的使用，各国科学家开始寻找氟利昂的代用品。“无氟冰箱”一度成为社会关注度极高的词汇。然而，上世纪90年代初领衔我国氟利昂代用品研制重任的陈庆云解释说：无氟冰箱的说法是缺乏科学依据的，破坏地球臭氧层的罪魁祸首不是氟利昂中的氟，而是其中的氯。氟利昂升到同温层被强烈的紫外线照射后分解出氯，氯发生复杂的化合反应，“吃”掉了臭氧。氟利昂的代用品中不是氟少了，而是氟多了，只是不含氯元素。2.2联结学科前沿与应用基础的研究。该项目在研究国际有机化学特别是有机氟化学发展趋势的同时，结合我们的研究基础，对当今有机氟化学前沿研究领域若干问题进行研究。进行有机氟化学中含氟功能材料合成及性质研究，包括含氟烷基化卟啉的合成、金属化反应并它们的物理和化学性质进行研究；研究含氟的卤代物如碘化物或溴化物和含杂原子分子如氮、氧及硫原子的分子间氢键、卤键等弱相互作用关系，从而揭示分子间弱相互作用的一些本质问题；利用廉价的含氟砌块转化合成一些在特定位置带有含氟基团的有机氟化合物，特别是含氟杂环化合物和具有生理活性的含氟天然产物类似物；不对称催化在有机氟化学中的应用，以达到反应的高立体选择性和区域选择性合成含氟的手性化合物。该项目通过高化学选择性或区域选择性的碳—氯、碳—氟键的选择性地活化，设计、合成了一系列新化合物，并对它们的化学和物理性质进行了研究。研究人员利用廉价的含氟砌块高选择性地进行化学转化，合成含氟杂环化合物。项目还在不对称有机催化在有机氟化学中的应用，高立体选择性和区域选择性合成含氟的手性化合物，具有生理活性含氟类的天然产物的合成研究方面取得了重要成果。2.3有机化学教学中的哲学思考。世界观是对整个世界的总的根本观点或看法，人们运用这种观点去分析和解决问题，它就成为方法论。哲学是世界观和方法论的统一[4]。哲学从整体上把握、揭示包括自然界、人类社会和思维在内的整个世界的共同本质和一般规律，哲学来源于又高于一切人类知识（包括自然科学、社会科学和思维科学等具体科学知识），能为具体科学的进步与发展提供理论依据和方法论的指导。有机化学作为研究有机化合物的结构、理化性质、合成方法、应用以及有机化合物之间相互转化所遵循的理论和规律的一门科学，蕴涵着极为丰富的唯物辨证思想。在有机化学教学过程中，将哲学观点渗透、融合到日常的教学内容中去，加强对大学生哲学素质的培养，不仅有助于他们学习和掌握所学的有机化学知识，而且有助于他们树立正确的世界观和方法论。辩证唯物主义认识论认为，人的认知活动是一个从实践到认识和从认识到实践的多次反复、无限循环的辨证发展的过程。认识和实践是相互作用的，人们在实践的基础上产生认识和发展认识，而不断发展的认识又反过来指导实践不断进步。要想正确的反映一个具体事物的本质和规律，必须经过从实践到认识、从认识到实践的多次反复才能完成[5]。有机化学学科的发展集中体现和印证了这一点。2.3.1内因和外因的相互关系。内因是事物发展变化的根据，决定着事物发展的方向和速度以及外因作用效果大小。外因是事物发展变化的条件，它影响事物的方向、速度和具体过程。但外因必须通过内因才能发挥作用。运用这一原理来分析有机化学反应中的反应物、条件、产物之间的关系，就是很好的例证。为何不同结构的化合物有着不同的化学性质，而同一化合物在不同的条件下，会有不同的反应取向。结构决定有机化合物的性质。结构是内因，而具体的反应条件如温度、压力、溶剂、时间等是外因。化学反应的最终产物是内因与外因的统一。2.3.2用联系、发展、全面的观点来看世界。唯物辩证法关于世界普遍联系、发展的观点告诉我们，世界是普遍联系和永恒发展着的。培养大学生用联系、发展和全面的观点去观察、认识世界，是对其进行哲学教育的重要任务之一。随着一系列边缘交叉学科和综合学科的建立、现代分门别类的学科界限被打破，而某一门学科的知识只涉及世界的某一方面甚至是很小的一个方面，如果不将其置于世界整体方面学习，就会很难深刻认识和牢固掌握。在有机化学的教学中，应贯穿这一观点，既要讲授有机化学特有的专门知识，也要强调有机化学与分析化学、生物化学、中药化学、药物化学、药物合成及其它学科的相互渗透，培养大学生从总体上认识、把握世界的能力，培养他们用联系、全面、发展的观点学习有机化学，为后续学科的学习打下坚实的基础。实践是检验真理的唯一标准。认识来源于实践，所以一种认识是否正确必须经过实践的检验，实践是检验真理的唯一标准。19世纪著名化学家柏齐里乌斯发现了元素铈、硒、钍，对化学基本定律进行了精确证明，提出电化“二元学说”。实践证明，只有正确的、合乎逻辑的理论才是真理。实践是基础，它决定和支配着认识的全过程，从实践中形成的认识，又不是被动的，而是一个能动的发展过程，它不仅从感性认识飞跃到理性认识，而且从理论认识又飞跃到实践，在实践中起着重大的指导作用。综上所述,有机化学中的哲学思想内涵丰富,博大精深,在探索发展的历史长河中绽放出奇异的光彩。教学中渗透这些思想,不仅有利于学生掌握知识,训练思维,而且对于学生进行研究性学习,强化自身的综合素质,提高分析问题,解决问题的能力大有帮助。综观21世纪,有机化学的发展必将进一步丰富哲学的内容,同时,哲学也必然为有机化学的腾飞增添无穷活力。3.“人造太阳”创造完美能源。在人口爆炸性地增长，能源、资源危机步步逼近地今天，专家预计，地球上可供使用的煤、石油、天然气等矿物能源将仅能继续维持200多年的开采，太阳能、风能等可再生能源的开发目前还无法形成规模，远远不能满足未来的需求。那么百年之后，人类将何以为继?因此，开发新一代更为清洁而高效的能源成为燃眉之急。科学家的“日不落梦想”给人们带来了希望:打造一个“人造太阳”，实现可控制的核聚变反应，以“人造太阳”终结能源危机，一劳永逸地解决人类存在的能源短缺问题。最终使人类社会从“石油文明”走向“核能文明”。“人造太阳”是指人类能够实现可控核聚变反应。太阳之所以能够释放出能量，是因为在太阳上不断进行着核聚变反应。在地球上，人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的，但氢弹爆炸所产生的能量是不可控制的，会产生毁灭性的后果。现今人类可利用的最大、最具商业价值的能源无疑是核能。核电站利用核能的原理是核裂变，即在高温高压状态，把铀或钚等重原子分裂成轻原子，导致其释放大量能量的核反应方式。但是国家点火装置利用核能的方式则反其道而行之，不是核裂变，而是核聚变。核聚变是指由质量轻的原子，主要是指氘或氚，在高温高压下，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。太阳发光发热就是利用核聚变产生的能量。与核裂变相比，核聚变不仅安全，而且相对环保。利弗莫尔国家点火装置曾对媒体说：“太阳产生的光和热抵达地球，不会产生任何放射性的副产品，而且能长期高效的生产。如果把太阳换成我们正在研究的核聚变反应堆，就等于在地球上建造了一个提供清洁能源的小太阳。”3.1缘何称为“人造太阳”。据专家介绍，“人造太阳”以探索无限而清洁的核聚变能源为目标。由于它和太阳产生能量的原理相同，都是热核聚