王 偉，馬 艷

（山東中醫(yī)藥大學 藥學院，山東 濟南 250000）

化學是一門以實驗為基礎的自然學科，但在實驗中由于藥品用量大、危險性大和使用一些易揮發(fā)、易燃、有毒的試劑很難避免對人體產生危害、對環(huán)境造成污染.在全球環(huán)境問題日益嚴峻化的現(xiàn)在，珍惜資源和保護環(huán)境是人類面臨的重大課題.自20世紀80年代明確提出的綠色化學，是具有明確社會需求和學科目標的新的、重要的交叉學科，近年來受到更多的高校重視[1].綠色化學實驗正是在此要求下，按照預防化學藥劑造成環(huán)境污染的思想指導下，應用新方法、新技術對常規(guī)實驗教學進行改革而形成的新的化學實驗方法.現(xiàn)在有很多高校在實驗教學中針對綠色化學的要求對實驗進行設計和改進做出了很多有益的嘗試，也取得了理想的效果，而且實踐證明實驗教學的綠色化對激發(fā)學生對化學的興趣、強化動手能力、培養(yǎng)創(chuàng)新思維和對樹立環(huán)境保護意識上有重要的促進作用.

筆者結合多年的實驗教學經驗，針對實驗教學綠色化的要求、意義、原則等方面進行了初步的探討.

1 綠色化學實驗教學的必要性

1.1 綠色化學的定義

綠色化學是20世紀80年代提出的新的概念，進而產生了一個新的交叉學科，其目的是用化學的技術和方法來減少那些對人類健康和環(huán)境有害的催化劑、試劑、原料等的使用，所以又被稱為環(huán)境無害化學或是環(huán)境友好化學[2].綠色化學主要是從原材料的安全行、過程的節(jié)能性、反應的經濟性和產物的環(huán)境友好性幾個方面來評價一個化學反應的可行性.其中“4R”原則是其核心內容：即拒絕使用危害品原則（Rejection）、對實驗中必須使用的有毒物質或是產生有毒物質的實驗實行減量原則（Reduction）、對一些催化劑等非反應試劑的循環(huán)利用原則（Recycling）、對可重新利用原料和試劑按照“省資源、少污染、減成本”的目標的重新利用原則（Reuse）[3].在生態(tài)環(huán)境問題日益嚴峻的今天，綠色化學的出現(xiàn)，為人類利用化學來解決環(huán)境問題帶來了希望.

1.2 實驗教學綠色化的必要性

化學是以實驗為基礎的自然學科，在高校化學課程中實驗教學占了很大的比重，是學生學習化學的關鍵.化學實驗教學的目的在于讓學生觀察、認識和理解化學反應、驗證已有理論和方法；熟練掌握實驗方法和技能是進行科學實驗工作的初步，能培養(yǎng)學生獨立思考能力、對待科學嚴肅的態(tài)度、嚴謹的學風和良好的實驗習慣和創(chuàng)新能力.近年來環(huán)境保護問題越來越被重視，且在實驗室逐步開展清潔實驗的概念，通過對實驗“三廢”的集中處理和科學的回收利用，達到對貴重金屬和試劑的重復利用和對“三廢”的達標處理.但實際過程中需要大量的人力，為此在綠色化學原則的指導下，開展實驗教學的綠色化是非常必要的.所以在日常教學中，應在教師和學生頭腦中樹立綠色化學的意識，從環(huán)境保護等各個方面來考慮實驗的設置、實驗方法手段等因素，使化學對環(huán)境保護發(fā)揮積極作用.

綠色化學概念也是21世紀大學生應具備的基本素質，只有較強的綠色化學理念和保護環(huán)境意識才能適應社會經濟發(fā)展的需要.當代大學生的知識面應該是復合型、綜合型的[4]，而學科的交叉滲透是學科發(fā)展的必然趨勢，因此在實驗教學中不但要知道學生使用綠色的實驗方法更要向學生灌輸綠色化學理念，積極開展綠色化學實驗，努力推進實驗教學綠色化具有十分重要作用.

2 綠色化學實驗教學的要求和原則

2.1 實驗設計要求

綠色化學實驗要求實驗產物對環(huán)境無物質種類改變，或是影響極小，具體細化以下幾個方面：

（1）最佳利用率，即實驗反應中原料利用率盡可能達到百分之百.

（2）不向環(huán)境排放有毒物質或者排放物質是正常環(huán)境中本身具有的，例如 N2、O2、CO2等.例如在進行有 NO2氣體的實驗時，如果在普通條件下加熱一定會有一部分氣體進入空氣中，對人體和環(huán)境造成影響，但是用密封的U型胖肚管進行溫度對平衡影響的實驗時，則不會排放有毒氣體NO2.

（3）如果實驗現(xiàn)象明顯，可以設計微型實驗或是利用多媒體模擬實驗來減少藥品使用量和使污染物達到最小值.

（4）在處理“三廢”時盡量回收利用或是轉化為非污染物，例如實驗室常用的鉻酸洗液，在處理廢液時可將pH值調到3以下，再加入亞硫酸氫鈉使其實的Cr(Ⅵ)還原成Cr(Ⅲ),然后調節(jié)廢液pH在7.5-8.5之間，使Cr(Ⅲ)形成沉淀析出[5].

2.2 綠色化學實驗的原則

綠色化學實驗首先要遵循一般的實驗原則即目的性、安全性、可行性、簡約性等，但更要遵循綠色化學原則.P.T.Anastas和J.C.Waner曾提出綠色化學12項原則，這些原則目前被國際所公認，它反應了近年來綠色化學領域的工作內容也指明了今后發(fā)展方向，它包括從試劑使用出發(fā)的5R原則和從化學反應出發(fā)的綠色化學原則.具體為：原來最高利用率，理想達到100%、目標產物無污染或是現(xiàn)有物種改變影響、反應原料和試劑綠色化、反應溶劑和催化劑等的重復利用.

3 化學實驗綠色化實現(xiàn)的途徑

3.1 實驗微型化

所謂實驗微型化即是在實驗中盡量減少反應物質來獲得所需要的化學信息的方法與技術，雖然在實驗過程中使用的試劑劑量很小但是也能達到準確的效果，更方便、安全、減少對環(huán)境的污染[6].從中學化學實驗到大學化學有機、無機化學實驗很多都可以用少量的試劑來進行，所以微型化學實驗覆蓋面很廣，可行性強.更值得注意的是美國的《化學教育》雜志從20世紀末就開辟了Zippo博士主持的微量化學實驗專欄，這表示微型化學實驗已成為國際化學教育的發(fā)展趨勢，國內也在這方面做了大量工作取得了豐盛成果.微型化學實驗是著眼與環(huán)境保護和實驗安全的需求，除了具有方便、安全、節(jié)省經費、保護環(huán)境的作用，還能提高學生的環(huán)保意識更能培養(yǎng)學生的科學素質.雖然微型化實驗興起早于綠色化學，但它的理念與綠色化學是一致的，在推廣綠色化學的今天微型實驗具有相當重要的意義.但是，在進行微型化實驗時，由于試劑劑量很小很可能帶來大的結果誤差，由此更需要注意操作的準確性與規(guī)范性.

3.2 微波化學實驗

某些實驗可以使用家用微波爐來進行，因其體積小、造價低、適應性強的特性，微波實驗一般分為濕反應和干反應.濕（液相）反應一般需要對微波爐進行改造，設計可以進行回流的微波裝置；干（非溶劑）反應使用一般的微波爐就可以.干反應由于避免了使用溶劑試劑，對環(huán)境污染較小，是微波化學反應研究的熱點.微波反應一般有以下三個特點：一是加熱速度快，反應完成時間大大縮短，符合經濟效益；二是操作簡單，適應性強，一般學生都能操作，勞動強度低；三是微波化學反應劑量很小，很多微型化學實驗都可以重新設計成微波實驗，大大減少對環(huán)境污染.

3.3 計算機輔助實驗

在設計實驗教學時既要考慮到實驗的可靠性與可行性，又要考慮經濟因素和盡可能少產生廢物，由此計算機輔助實驗就體現(xiàn)出了自身的優(yōu)越性.它的做法首先是建立起一個盡可能全面的有機反應資料料庫，在確定明確產物之后找出一切可能產生目標產物的反應，再以此反應的原料為中間目標再去尋找可能的反應，直到找出與我們事先設計好的原料一致的路徑.這樣不但可以節(jié)省原料試劑、大大節(jié)省實驗時間，更能做到零排放物達到對環(huán)境的零污染.

有些實驗是可以通過計算機進行仿真實驗的，通過文字、圖片、動畫向學生展示實驗的基本原理、實驗過程以及注意事項，讓學生在電腦屏幕上做實驗.例如展示某些有毒氣體例如NO2的化學結構，或是金剛石等晶體結構，搭建各種復雜分子的微觀模型來直觀展示微觀世界，可以激發(fā)學生學習的興趣[7].

4 結束語

化學實驗教學的綠色化需要很長的時間來完善，一方面需要在理論上對綠色化學進行深入研究，另一方面需要從事教學工作的科研人員共同努力.而且在實施的時候也意識到了綠色化是一個理想狀態(tài)，有些經典的實驗是無法達到綠色化的要求，即使使用計算機仿真模擬也難以達到教學要求，現(xiàn)在能夠做到的就是盡量妥善處理“三廢”或是最大化的回收利用.總之，在每一次的實驗教學中都向學生傳輸綠色化學的理念，把綠色化學要求的實驗方法、技術貫穿到整個實驗教學中，培養(yǎng)學生的綠色化學意識和環(huán)境保護意識.

〔1〕汪朝陽，李景寧.大學化學教學中綠色化學教育的滲透[J].大學化學，2001，16（2）：19-24.

〔2〕汪敏，等.基礎化學實驗綠色化的改革與實踐[J].錦州醫(yī)學院學報，2004，2（1）：24-26.

〔3〕宋廣治.在實驗室及實驗室建設中實施綠色化學教學[A].全國大學化學實驗綠色化教學研討會論文集，2000.134-136.

〔4〕閔恩澤，等.綠色化學與化工[M].北京：化學工業(yè)出版社，2000.

〔5〕韋連喜，等.創(chuàng)建學校綠色化學實驗室[J].實驗技術與管理，2005，22（5）：105-106.

〔6〕牛麗穎，曹秀蓮，劉姣，等.中藥專業(yè)《有機化學》實驗教學模式探索[J].河北中醫(yī)藥學報學報，2007，22（4）：46.

〔7〕稅永紅.淺議化學教學實驗的“綠色化”[J].成都紡織高等專科學校學報，2003，12（1）：15-18.