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无机化学反应机理范文1
关键词：无机化学；现状；无机合成；制备化学研究
一、无机合成与制备化学研究进展
无机合成与制备在固体化学和材料化学研究中占有重要的地位，是化学和材料科学的基础学科。近年来无机合成与制备化学研究的新进展主要表现为以下几个方面：
1.1极端条件合成。在现代合成中愈来愈广泛地应用极端条件下的合成方法与技术来实现通常条件下无法进行的合成，并在这些极端条件下开拓多种多样的一般条件下无法得到的新化合物、新物相与物态。超临界流体反应之一的超临界水热合成就是无机合成化学的一个重要分支。
1.2软化学合成。与极端条件下的合成化学相对应的是在温和条件下功能无机材料的合成与晶化，即温和条件下的合成或软化学合成。由于苛刻条件对实验设备的依赖与技术上的不易控制性，减弱了材料合成的定向程度。而温和条件下的合成化学――即“软化学合成”，正是具有对实验设备要求简单和化学上的易控性和可操作性特点，因而在无机材料合成化学的研究领域中占有一席之地。
1.3缺陷与价态控制。缺陷与特定价态的控制是固体化学和固体物理重要的研究对象，也是决定和优化材料性能的主要因素。材料的许多性质如发光、导电、催化等都和缺陷与价态有关。晶体生长行为和材料的反应性与缺陷关系密切，因此，缺陷与价态在合成中的控制显然成为重要的科学题。缺陷与特定价态的生成和变化与材料最初生成条件有关，因此，可通过控制材料生成条件来控制材料中的缺陷和元素的价态。
1.4计算机辅助合成。计算机辅助合成是在对反应机理有了了解的基础上进行的理论模拟过程。国际上一般为建立与完善合成反应与结构的原始数据库，再在系统研究其合成反应与机理的基础上，应用神经网络系统并结合基因算法、退火、mon te2carlo 优化计算等建立有关的合成反应数学模型与能量分布模型，并进一步建立定向合成的专家决策系统。
1.5组合化学。组合化学是利用组合论的思想和理论，将构建单元通过有机/无机合成或化学法修饰，产生分子多样性的群体（库），并进行优化选择的科学。组合化学用于合成肽组合库，也称组合合成、组合库和自动合成法。组合方法同时用n 个单元与另外一组n′个单元反应，得到所有组合的混合物，即n+ n′个构建单元产生n×n′批产物。
1.6理想合成。理想合成是从易得的起始物开始，经过一步简单、安全、环境友好、反应快速、100% 产率获得目标产物。趋近理想合成策略之一是开发一步合成反应，如富勒烯及相关高级结构的合成，从易得的石墨出发，只需一步反应即得到目标产物，产率44%。趋近理想合成策略之二为单元操作。相对复杂的分子，如药物、天然产物的合成，需要多步反应完成。在自然界里，生物采取多级合成的策略，在众多酶的作用下，用前一步催化反应的产物作为后续反应的起始物，直至目的产物的生成。
二、固体无机化合物的制备及应用
2.1光学材料的研究。1983年苏勉曾等在系统研究氟卤化物的X-射线发光及紫外发光现象的过程中发现了BaFX：Eu2+晶体经X-射线辐射后着色的现象开始注意到晶体中色心生成并于1984年开始研究晶体的X-射线诱导的光激励发光现象及发光机理用光激励发光材料制成了图像板作为X-射线的面探测器。他们还设计制作了一台由光学精密机械和计算机组成的计算X-射线图像仪已可以获得清晰的X-射线透视图象和粉末晶体衍射图像。
2.2多孔晶体材料的研究。徐如人、庞文琴等在水热法合成各种类型分子筛的基础上发展了溶剂热合成法利用前驱体和模板剂制备了一系列水热技术无法合成的新型磷酸盐及砷酸盐微孔晶体所合成的JDF-20是目前世界上孔口最大的微孔磷酸铝；1989年徐如人、冯守华等首次报道了微孔硼铝酸盐的合成和性质之后又获得了一系列新型微孔硼铝氯氧化物。其中硼的配位数可取4也可取3但不会高于4；铝、镓、铟的配位数大多超过4有的甚至达到6。所有这些都突破了传统分子筛纯粹由四面体结构基元构成的概念为开发新型结构特征的微孔材料提供了丰富的实验依据。
2.3金属氢化物的研究。申泮文等设计了有特殊搅拌设备的固-液-气多相反应釜使“金属还原氢化反应”在400～500℃范围内进行完全；利用此类反应以新方法合成复合金属氢化物；以“共沉淀还原法”“置换扩散法”制备了钛铁系、镍基或镁基合金等储氢材料；创造了钕铁硼等永磁材料合成新工艺。
2.4 C60及其衍生物的研究。1990年底中国科学院化学研究所和北京大学开始C60团簇的合成实验研究尔后国内10余个单位相继开展了C60的研究取得了很好的结果如首先在国际上建立了重结晶分离C60和C70的方法；在国内首次获得了K3C60和Rb3C60超导体达到了当时的国际先进水平；发现在阴极中掺杂Y2O3可以大大提高阴极沉积物中等碳纳米管的含量；首先报道了直接氧化C60含氮化合物的研究成果等。
三、室温和低热固相化学反应
3.1固相反应机理与合成。忻新泉等近10年来对室温或近室温下的固相配位化学反应进行了系统的研究探讨了低。热温度固-固反应的机理提出并用实验证实了固相反应的四个阶段扩散-反应-成核-生长每步都有可能是反应速率的决定步骤；总结了固相反应遵循的特有的规律；利用固相化学反应原理合成了几百个新原子簇化合物、新配合物以及固配化合物。
3.2原子簇与非线性光学材料。非线性光学材料是目前材料科学中的热门课题。近10多年来人们对三阶非线性光学材料的研究主要集中在半导体、有机聚合物、C60以及酞菁类化合物上而对金属簇合物的非线性的研究几乎没有。忻新泉等在低热固相反应合成大量簇合物的基础上开展了探索研究发现Mo（WV）-Cu（Ag）-S（Se）簇合物具有比目前已知非线性光学材料更优越的三阶非线性光限制效应使我国在这一前沿领域的创新工作中占有一席之位。
3.3合成纳米材料新方法。纳米材料是当前固体物理、材料化学中的又一活跃领域。制备纳米材料的方法总体上可分为物理方法和化学方法两大类。贾殿赠、忻新泉等发现用低热或室温固相反应法可一步合成各种单组分纳米粉体，并进一步开拓了固相反应法制备纳米料这一崭新领域取得了令人耳目一新的成绩。如在深入探讨影响固相反应中产物粒子大小的因素的基础上实现了纳米粒子大小的可调变；利用纳米粒子的原位自组装制备了各种复合纳米粒子。该法不仅使合成工艺大为简化降低成本而且减少由中间步骤及高温固相反应引起的诸如产物不纯、粒子团聚、回收困难等不足为纳米材料的制备提供了一种价廉而又简易的新方法亦为低热固相反应在材料化学中找到了极有价值的应用。
3.4绿色化学。绿色化学是一门从源头上减少或消除污染的化学它解决的实质性问题是减少合成反应的污染或无污染。低热固相化学反应不使用溶剂对环境的友好及独特的节能、高效、无污染、工艺过程简单等优点使之成为绿色合成化学值得考虑的手段之一。近年来我们在这方面做了许多有益的尝试取得了许多有意义的结果如尝试在低热温度下用固体FeCl3？6H2O氧化苯偶铟类化合物成功地合成了相应的苯偶酰类化合物；尝试将低热固相反应合成方法用于芳醛、芳胺及过渡金属醋酸盐的原位缩合-配位反应高产率地合成了相应的Schiff碱配合物。有关固相反应在绿色化学中的应用潜力有待进一步发掘尤其是在合成工业绿色化方面需要更多的投入。
结语：在近年来取得较突出的进展，主要表现在固体材料化学、配位化学等方面。未来无机化学的发展特点是各学科交叉纵横相互渗透，用以解决工业生产与人民生活的实际问题。
参考文献：
[1]周益明，忻新泉. 我国固体无机化学的研究进展[J]. 化学通报，1999，11：1-6.
无机化学反应机理范文2
关键词：杂化轨道；共价键；分子构型；σ键；π键
文章编号：1005C6629（2016）10C0092C05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
无机化学和有机化学是非常重要的两门基础学科，其中“杂化轨道理论”在两门课程中均有涉及，它是认识无机物质及有机物质的基础，并更有助于理解化合物的空间结构和理化性质。若能把“杂化轨道理论”在两门课程中的知识点进行衔接性学习，就可以更容易理解和掌握知识要点。纵观无机化学与有机化学杂化轨道理论章节，不难发现，其中第二周期的三种元素原子C、O和N的杂化成键方式对学好无机化学和有机化学显得尤为重要。本文试对C、O和N三种原子杂化成键过程和方式进行分析，阐述三种原子的成键规律，使中学知识与大学知识由浅入深地进行对接，将无机化学与有机化学的杂化轨道理论知识点衔接起来，为学生的学习与教师的备课提供有益参考[1～5]。
1 碳原子C（2s22p2）的杂化
C原子是构成有机物的重要原子，了解C原子的成键规律，对掌握有机物结构及反应性质有重要的意义。从简单结构的无机化学课程中的实例CH4、CH3-CH3、HCN、CO2入手，演变为重要的有机官能团及有机化合物，梳理出一条清晰的知识脉络。
1.1 C-H键（σ键）
掌握C-H构成的σ键要从简单的有机化合物、中学课本中常见实例CH4入手，中心C（2s22p2）原子采用sp3杂化方式与H原子的s轨道重叠成键，构成正四面体结构[6，7]。甲烷杂化成键如图1所示，中心C原子价层电子2s22p2中s轨道电子受到激发跃迁到p轨道当中，s轨道与3个p轨道进行杂化形成具有单电子的4个sp3杂化轨道以接受H原子s轨道当中的自旋相反的单电子成键。
当CH4中C的一个轨道不与H原子成键时，仅有一个单电子占据轨道，则可变换为有机化学中重要基团甲基自由基・CH3，掌握它的成键过程对研究有机反应有着重要的意义。甲基自由基与甲烷不同，其中心C（2s22p2）原子采用sp2杂化方式与H原子的s轨道重叠成键，构成平面三角形结构。甲基自由基杂化成键如图2所示，杂化后的3个sp2轨道具有单电子可以与H原子s轨道当中的自旋相反的单电子成键，最终剩余1个2pz轨道中有一个电子[9]。
当・CH3中的C失去一个电子，成为C正离子后，基团变为甲基正离子H3C+（中心C离子外层电子为2s22p1），其与甲基自由基杂化成键方式类似，不同的是杂化成键以后剩余的2pz轨道当中没有电子，但构型仍呈平面三角形。其杂化成键过程如图3所示[11]。
当・CH3中的C得到一个电子，成为C负离子后，基团变为甲基负离子H3C-，与前两者杂化成键方式不同，由于中心C离子外层电子为2s22p3，其只能采用不等性sp3杂化，如图4所示，成键以后剩余一个具有孤对电子的sp3轨道，由于孤对电子没有成键，使得本应该为正四面体构型变成了三角锥型结构[13]。
1.2 C-C键（σ键和π键）
C-C键（σ键）是构成有机物基本骨架重要的成键方式，例如乙烷CH3-CH3中的C原子为sp3杂化，相当于最简单的有机物两个CH4相连，形成的C-C的σ键以sp3-sp3轨道重叠成键；C-H的σ键为sp3-s轨道重叠成键[15～17]。以简单的C-C键可以演化出C=C键（σ键+π键），双键当中除了重要的σ键外，还存在π键。π键的存在使得许多有机反应可以发生，它是掌握有机反应机理的重要成键方式。以最简单的乙烯CH2=CH2为例，C原子杂化成键方式如图5所示，C采用sp2杂化，其中C-H的σ键是sp2-s成键；C=C之间的σ键以sp2-sp2成键；π键是杂化以后剩余的2pz轨道以肩并肩形式构成pz-pz重叠π键。在有机反应中易发生亲电加成反应。CC键（σ键+2个π键）以乙炔为例，除了σ键外，叁键当中有两个π键，其中C原子采用sp杂化，如图6所表示的，C杂化成键后剩余的2py和2pz轨道以肩并肩形式分别构成2个py-py和pz-pz重叠的π键，最终乙炔构成直线型结构[18]。
C=C键和CC键在有机化合物中极为常见，许多有机化合物中还不仅仅以单一双键和单一叁键形式存在。若乙烯（或乙炔）当中的H原子被乙烯或乙炔结构单元取代后，其构成π键的py或pz轨道重叠形成离域π键，分子形成共轭分子体系。如图3中所示，就是通过此成键方式形成的重要有机化合物丁二烯[图7（a）]和苯[图7（b）][20]。
无机化学实例氢氰酸H-CN：中C、N均采用sp杂化，其中形成的C-H的σ键为sp-s轨道重叠，而C和N之间的叁键类似乙炔中C和C之间的成键方式，只是在杂化时N原子为不等性sp杂化，所以N原子杂化后的sp轨道当中留有孤对电子，最终氢氰酸构型为直线型（如图8）。
依据氢氰酸结构，将H原子换成任意烷基基团R，则构成有机化合物腈R-CN：，如乙腈CH3-CN：，C原子与N原子之间杂化成键方式与氢氰酸一样，只是烷基一侧成键轨道有所改变，甲基与C原子之间为sp3轨道与sp轨道重叠成键。
1.4 羰基：C=O（σ键+π键）
羰基作为有机反应中一类活性基团，其杂化成键规律在探讨有机化学反应机理时尤为重要。了解羰基的杂化成键性质要从最简单的无机实例CO2入手，CO2分子中心C原子采用sp杂化，杂化过程如图6中乙炔的C相似，杂化后余下的2py和2pz轨道分别与两个O（2s22p4）原子中2py或2pz肩并肩重叠形成两个π34键，C杂化的两个sp轨道分别与两个O原子中px轨道重叠形成2个σ键（sp-px），所以构成直线型结构。
C=C-C=O基团：若羰基基团上连有C=C双键，所有C和O的pz轨道肩并肩形成大π键，形成共轭体系，如图10所示。从简单的无机实例CO2出发，只要掌握羰基杂化成键方式，通过变换不同的取代基便可推出各种具有羰基衍生物的杂化成键规律。
2 氧原子O（2s22p4）的杂化
2.1 臭氧O3和氧气O2
无机实例O3相当于OO2，中心氧原子采用不等性sp2杂化，余一对孤对电子在sp2轨道当中，O-O键：σ键（sp2-py）；所有O原子中剩余的pz轨道形成π34键（如图11），整个分子结构呈V型[21，22]。对于氧分子O2的成键方式则要利用分子轨道理论解释，1个σ键2个3电子π键，键级为2，在这里不赘述。
2.2 水H2O和双氧水H2O2
依据臭氧O3结构，可将非中心原子氧替换为H原子，则为H2O，中心O原子采用不等性sp3杂化后与H原子s轨道重叠成键（sp3-s），由于两个sp3轨道中两对孤对电子的存在，使水分子构型呈V型，如图12（a），夹角为104.5°。双氧水H2O2中两个O也为不等性sp3杂化，H-O-O-H键空间构型如同一本打开的书，且书打开角度为105°左右，其分子结构为图12（b）。
2.3 甲醚CH3-O-CH3、甲醇CH3-OH和苯酚
3 氮原子N（2s22p3）的杂化
3.1 氨NH3、联氨NH2NH2和羟胺NH2OH
N原子的杂化要从无机实例NH3谈起，中心N原子采用不等性sp3杂化方式后与H原子s轨道重叠成键，构成三角锥型结构，键夹角为107.3°，这与1.1中甲基负离子H3C-结构相似。联氨和羟胺中的N原子都采用了不等性sp3杂化，它们的构型如图15所示，联氨和羟胺中的H-N-H夹角约为107°。
4 结语
综上所述，C、O和N三种原子的杂化成键方式均可由简单的无机化学章节中的实例深入至较为复杂的有机化合物。以C、O和N三种原子作为桥梁将无机化学与有机化学的杂化轨道理论内容进行衔接，可为学生学习及教师备课提供较为清晰的知识脉络。
参考文献：
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[18][19]董顺.利用杂化轨道理论解释有机化合物分子空间构型[J].青苹果，2009，（12）：24～27.
无机化学反应机理范文3
人们之间表达陈述生活的标志与符号是语言，各个国家之间的语言各不相同。全世界经济趋于整体化，交流沟通程度逐渐密切，程度不断加深，商务英语的重要性日益凸显，在各个高校的教学活动当中，商务英语的地位不断提升。因此，商务英语的翻译特点需要特别了解，在商务英语的翻译工作当中需要遵循基本的翻译原则，采取合适的翻译手段。从文化心理学的角度研究发现探索商务英语翻译的内在规则，使工作更加的主动自觉，也更加有助于分析工作的开展。
商务英语翻译的特点
商务英语和普通英语有相同的语言学特点，但是商务英语相比普通英语而言更加的整体，商务英语是普通英语的综合体，商务英语的翻译相比于普通英语翻译更加的复杂，了解起来更加的困难。现如今，国际贸易间的商务活动在经济社会当中充当着更加重要的作用，交易双方都希望在商务交流活动当中取得更多的经济利益。商务英语在翻译的过程当中，需要尤其注意以下几个要点：
忠于原文。商务英语在翻译的过程当中，完整性与真实性是需要特别遵从的，在翻译的过程当中将原文当中的深层内容表达出来，特别是原文当中潜藏的内在信息。具体要求是在保证原文基本意思的基础上，还需要将原文当中的潜在的内在含义表现出来。这是因为在商务英语的活动当中，商务英语翻译的目的是为了使读者能够完全了解当中的信息以及要求，商务英语翻译需要完全忠实的展现原文当中的具体文化信息。
术语的精确翻译。在国际贸易交流活动当中，翻译当中涉及到的内容非常多，一般出现频率较高的有经济、贸易以及法律等等各个方面的信息，因此一个优秀的商务英语译者需要了解各个领域当中的专业术语。需要将原文当中的信息准确无误的表达出来，因此在翻译的过程当中，需要使用准确的相对应的专业术语，其主要目的是强化词语当中的准确对应与正确使用，从而满足读者能够充分了解清楚原文当中的意思。
语句简单凝练。在商务活动当中，交易双方追求是在相对较短的时间当中取得高效率的活动目的，这项要求也是商务活动当中最基本的活动要求。在商务活动当中有一个广为人知的要求，就是需要保证语言以及动作从礼出发。所以，简洁准确的将当中需要表达的内容良好的表现出来成为了提高商务工作效率的重要因素。因此，商务文件的翻译需要尽可能的简单凝练，在翻译当中突出重点，简单客观，礼貌的同时理论述服能力也同样重要，客观真实是商务翻译的追求的基本方向，不要求如何华丽夸张的辞藻进行修饰。
文化心理学下的商务英语翻译的基本方式
文化心理学当中的商务英语翻译，有基本的翻译方式需要遵循。主要包含了以下几点内容。
理解和组成操作方式。翻译的过程是理解过程与组成过程相结合的一个有机过程，二者之间相互结合，共同作用。在阅读的过程当中，读者不单单需要了解表面信息，文件当中的潜在信息也是需要特别注意的，将两方面的信息结合起来，才能够有正确的认识，与此同时，读者和文件之间是有联系的。文化心理学和人之间的认知的过程、情感过程以及意志过程，三者之间的关系十分密切。这三个心理现象与心理活动的进行都是在一种特定的环境当中开展，从而实现文化心理的过程。在文化心理当中包含的内容有文化价值、文化行为以及文化表达形式。在文化心理学当中，其主要的工作目的是为了了解服务以及表达服务。这个过程是同步完成的，从整体出发，分层面进行更加细致的研究工作，判断出文化心理信息当中的内容以及具体的操作内容。
转述技巧。翻译过程当中的转述，也就是译者对于商务文件当中需要表达的思想内容了解清楚，并且通过另外一种语言的形式清楚详细的表达出来。在认知心理学当中，将这种行为称之为知识表达，需要具体了解的内容是陈述什么，用怎样的方式陈述等各类相关问题。在认知心理学研究当中，认为认知心理学分成了两种基本的形式，分别是陈述性以及程序性。陈述性指的是可以被表达出来能够用语言描述的内容，程序性的重点内容则像是说明，关于怎样完成知识构造等等。所以在翻译的过程当中，主要完成的就是这样两个方面操作内容的转述。但是经常一些商务翻译的过程当中，会出现用词不当造成意思偏差的情况。但是文化心理很大程度上能够实现校正操作，进行调整改变，最终实现词语的准确表达。
文化角度上的商务英语翻译
中文商务词语与英文商务词语之间的照应关系当中，主要是表现为三个方面的具体关系。
毫无对照。中西商务之间的关系不可能是完全重合有相对应的地方的，肯定存在各种不相同的地方。西方商务文化当中的内在含义在中国的商务文化当中也许完全找不到对应点。例如商务文件当中牵涉到的法律条款，近代“新自然法”学派当中那个提出的许多内容，像是“民主”“自由”“天赋人权”等等，在西方这些理论已经融入到法律文件当中，但是在中国，这方面的内容只在政治当中才能够找到。另外，权力效用的限制以及相关思想内容的空缺，像是商务文件当中法律责任部分经常出现“司法独立”这一词汇，在翻译以及理解起来就非常的困难。最后，中西方之间存在的制度差异，很多西方当中存在的像是“罢免”在中国商务文件法律概念当中是不存在的。
相似对照。在中西商务文化当中那个，有些内容之间是相互重合的，但是有些部分的内容又完全不同，我们可以将这种情况称之为相似性。例如“权力”这一概念，在西方这一概念最早起源于古希腊，并且有人认为在西方文化没有进入到中国之前，中国文化当中是存在“权力”的概念的。但是其实在中国儒家思想当中，就有权力这一基本思想内容，虽然两者之间的定义略有不同，但是总体上的内容还是极为相似的。所以，西方文化中的“权力”和中国文化当中的“权力”是差不多的。清楚了解了这个内容，在翻译起来就会更加的准确，更好的处理和“权力”相关的一切翻译内容。
心理文化下的商务英语翻译的手段
文化知识内容丰富。国际当中的商业贸易交流属于世界各地不同地区的文化交流，这样的话，就需要我们充分了解各个国家当中的文化含义，清楚其他国家当中文化风貌，只有这样才能够从文化语境的基础当中将原文件当中那个陈述的意思清楚准确的表达。所以，只有清楚客观的了解了贸易双方所共有的民族文化，才能够更加准确的了解他们当中表达的确切的价值要求，然后良好的完成在商务交易过程当中有关各自个文化交流当中的问题翻译，完成更高层次更高水准的跨文化交流。
无机化学反应机理范文4
摘要：本文针对大学化学的学科特点，从四个方面探讨了量子化学计算软件在大学化学教学的应用实例。运用形象直观的量子化学软件，结合多媒体教学手段，将枯燥、深奥、抽象的化学知识和概念以一种形象、生动、直观、立体的形式呈现出来，帮助学生建立形象思维，使学生进入一种喜闻乐见、生动活泼的学习氛围，从而开拓学生思路，激发学生学习兴趣。结果表明，该方法对激发学生学习化学的兴趣具有显著的促进作用，取得了良好的教学效果，同时也丰富了大学化学课程的教学方法。
关键词：量子化学；密度泛函理论；计算化学；Gaussian 09
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）50-0176-04
传统的化学是一门实验科学，它的发展已经经历了几千年的时间。发展至今，化学科学已经成为了包含有机化学、无机化学、物理化学、生物化学、分析化学、实验化学、理论化学、应用化学、精细化学、材料化学等众多子学科的中心学科。在大学化学基础理论的教学中，涉及很多抽象的化学知识和概念，比如原子、分子及晶体结构等，无法通过肉眼进行直接观测，而且微观结构难以用宏观模型进行科学的描述。传统的教学模式很难满足学生学习化学的需求，这就需要引入新型的先进教学方法和手段。上个世纪20年代开始形成了一门新的化学子学科――量子化学。量子化学是用量子力学原理研究原子、分子和晶体的电子层结构、化学键理论、分子间作用力、化学反应理论、各种光谱、波谱和电子能谱的理论，以及无机和有机化合物、生物大分子和各种功能材料的结构和性能关系的科学[1]。理论与计算化学能渗透到化学领域的很多方面，与其他学科交叉，并形成了很多分支学科，例如：物理化学方面，我们可以通过量子化学方法计算分子的热力学性质、动力学性质、光谱性质、固体的化学成键性质等，从而形成了量子电化学、量子反应动力学等子学科；在有机化学方面，可以通过量子化学计算预测异构体的相对稳定性、反应中间体性质、反应机理与谱学性质（NMR，ESR…）等，因而衍生了量子有机化学；在分析化学方面，可以借助于计算化学进行实验光谱的解析等；无机化学方面，可以进行过渡金属化合物的成键性质的解析等，并形成了量子无机化学；在生物化学领域中，也可以通过理论计算研究生物分子活性中心结构、结构环境效应、酶与底物相互作用等，并逐渐产生了量子生物化学。随着计算量子化学方法与计算机科学的发展，本世纪有望在复杂体系的精确量子化学计算研究方面取得较大进展，从而更好地从微观角度去理解和预测宏观化学现象。本文通过四个教学实例，运用形象直观的量子化学软件，结合多媒体教学手段，将枯燥、深奥、抽象的化学知识和概念以一种形象、生动、直观、立体的形式呈现出来，帮助学生建立形象思维，使学生进入一种喜闻乐见、生动活泼的学习氛围，从而开拓学生思路，激发学生学习兴趣。结果表明，该方法对激发学生学习化学的兴趣具有显著的促进作用，取得了良好的教学效果，同时也丰富了大学化学课程的教学方法。
一、常用量子化学软件Gaussian/GaussView简介
Gaussian软件是一个功能强大的量子化学综合软件包，它可以在Windows，Linux，Unix操作系统中运行，是在半经验计算和从头计算中使用最为广泛的计算化学软件之一。该软件可以计算分子的能量和结构、键和反应能量、分子轨道、原子电荷和电势、振动频率、红外和拉曼光谱、核磁性质、极化率和超极化率、热力学性质、反应路径等。该软件的量子化学计算可以对体系的基态或激发态执行，可以预测周期体系的能量，结构和分子道。因此，Gaussian可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的影响、化学反应机理、势能曲面和激发能等等，因此我们可以从微观角度去理解和预测很多宏观的化学性质及现象。Gaussian计算软件经常与相应的可视化软件GaussView连用。目前Gaussian软件的最新版本是Gaussian 09[2]。
二、量子化学理论及软件在大学化学教学中的应用实例
1.分子稳定性预测。1，3-丁二烯分子中的碳-碳单键能够自由旋转，因而理论上可以形成顺式和反式异构体。那么两种异构体的热力学稳定性如何？我们可以通过理论计算给出合理的预测。运用密度泛函理论（density functional theory，DFT），在B3LYP/6-31G*水平，我们分别优化了顺式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯的几何结构，并做了频率分析。频率计算无虚频，说明所得到的顺式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯均为最小点。图1给出了B3LYP/6-31G*优化得到的顺式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯的几何结构和相对应的分子的能量。理论计算结果表明，相对于顺式1，3丁二烯的能量，反式1，3-丁二烯的能量大约低3.55 kcal/mol，所以反式1，3丁二烯的热力学稳定性更强，这就解释了为什么实验上没有发现顺式-1，3丁二烯构象的存在。
2.分子的红外吸收光谱和振动模式。将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。红外光谱法的工作原理是由于振动能级不同，化学键具有不同的频率。因此，通过理论上的频率计算，就可以相应地得到分子的红外吸收光谱，并可以与实验得到的红外光谱进行比较。以最常见的H2O为例，基于水分子稳定点，通过DFT理论，在B3LYP/6-31G*水平计算了H2O分子的频率，并得到了相应的红外光谱图。如图2所示，在计算的水分子的红外光谱图中，一共有三个吸收峰，理论值与实验值（括号内的数值）是一致的。并且按照波数从小到大，分别对应H2O分子中O-H键的三种振动模式，分别是剪式振动，对称性伸缩振动，非对称的伸缩振动模式。通过理论计算和图形界面的动画演示，有利于加强学生对红外光谱的理解。
3.苯的前线分子轨道。分子轨道理论是结构化学教学的重点和难点内容之一。分子轨道理论是指当原子组合成分子时，原来专属于某个原子的电子将在整个分子范围内运动，其轨道也不再是原来的原子轨道，而成为整个分子所共有的分子轨道。关于分子轨道的概念非常抽象，单纯从理论和数学的角度学生难以理解[3，4]。如果能够结合量子化学软件将分子轨道图形化，有助于学生深入理解该理论。以苯分子的分子轨道计算为例，简单说明量子化学在结构化学教学中的应用。苯分子中有6个碳原子，6个π电子。这6个π电子杂化成6个π型分子轨道，其中三个成键轨道三个反键轨道。图3是通过Gaussian 09软件，在B3LYP/6-31G*水平计算得到苯分子的所有π型轨道，并通过GaussView可视化软件，将这6个π轨道显示出来。从图3中可以看出，这6个π型分子轨道的节面数分别是0，1，2或3。这6个π型轨道共有四个能级，节面为1和2的分子轨道，分别有两个简并能级。
4.溶剂化显色效应的模拟及其机理解释。溶剂分子能引起溶质吸收带的位置，强度，甚至谱线形状的变化[5]。这种现象称为溶剂化显色现象。在从微观结构研究溶剂对噻吩类化合物结构及性能影响方面，理论计算起着越来越重要的作用。图4（a）展示了含时密度泛函（TD-DFT）方法计算得到的齐聚噻吩的吸收光谱图，谱线按Lorentzian线形展开，从气相到强极性的水溶液，聚噻吩的吸收光谱发生了红移现象，与实验现象一致。根据Frank-Condon原理，垂直激发通常伴随着电荷的重新分布，因此激发过程可能会导致溶质偶极矩和能量发生变化。基于此，我们采用完全活性空间自洽场方法（complete active space self-consistent field）CASSCF（12，10）/6-31G*方法分别计算了二噻吩气相与溶液中基态和第一单重激发态的能量。如图4（b）所示，随着溶剂极性的增加，基态和激发态能量均随着溶剂极性增加而降低，但是激发态的能量降低的比基态的能量降低的要多一些，从而从本质上解释了噻吩吸收光谱发生红移的原因[6]。
运用量子化学计算软件Gaussian 09和可视化软件GaussView，结合多媒体技术，将大学化学教学中抽象难懂的化学知识以一种形象、直观、易于理解的形式呈现出来，有利于学生更加深入形象地理解化学知识，还能提高学习效率，对激发学生学习化学的兴趣具有显著的促M作用，取得了良好的教学效果，同时也丰富了大学化学课程教学的方法。
参考文献：
[1]Lewars，E. Computational Chemistry-Introduction to the Theory and Applications of Molecular and Quantum Mechanics，Kluwer Acadamic Publishers：New York，Boston，Dordrecht，London，Moscow，2004：1-5.
[2]Frisch，M. J. et al.，Gaussian 09，Revision A. 02，Gaussian，Inc.，Wallingford，CT，2009.
[3]李延伟，姚金环，杨建文，申玉芬，邹正光.量子化学计算软件在物质结构教学中的应用[J].中国现代教育装备，2012，（5）.
[4]刘杨先.量子化学Gaussian软件在“燃烧学”教学中的应用[J].课程教材改革，2012，（19）：41-42.
无机化学反应机理范文5
关键词：高职；高分子材料化学基础；内容；改革
《高分子材料化学基础》是高分子材料加工技术专业一门必修的专业基础课，是以高中（包括中专、技校、职高）化学基础为起点，以高分子化学知识为核心内容，融入高分子化学所必要的无机化学、有机化学、物理化学知识，构建本专业基本的化学知识体系，培养本专业所需化学实验操作基本技能，为学习后续的《塑料材料》、《高分子材料成型加工基础》、《塑料测试技术》、《塑料混配技术》、《塑料成型技术》等课程打基础。显然该课程是高分子材料加工技术重要的专业基础课。但从目前该课程的内容体系来看，学科体系明显，内容体系仍是无机化学、有机化学、物理化学及高分子化学知识体系的机械组合，其结果是课程内容多而杂，理论深而涩，给该课程的教学带来困难而且教学效果欠佳，可以认为目前该课程体系无法适应高职教育的要求，所以很有必要对该门课程的内容进行改革。
一、课程教学内容改革的依据
本门课程教学内容改革的依据主要考虑如下三点：第一是考虑高分子材料加工技术毕业生主要就业岗位对化学知识、技能及态度的需要，保证毕业生在就业岗位上具有够用的化学基础知识与从事化学实验室工作的技能；第二是考虑毕业生职业生涯发展的需要，要让学生掌握能够支持其进一步提高其专业水平所需的化学知识，为他们的职业发展提供后劲；第三是考虑目前高职生源的高中化学知识的掌握程度以及学习能力的实际情况。
为了掌握高分子材料加工技术专业毕业生的主要就业岗位对化学基础知识、技能及态度的要求，我们对湖南塑料行业校企联盟企业进行了走访调查，调查的主要企业有湖南路路通塑业有限公司、湖南神塑科技有限公司、南车集团时代工程塑料有限公司、湖南科天新材料有限公司、湖南省塑料研究所、湖南益达塑业有限公司、株洲三鑫塑胶科技有限公司、株洲创业塑料有限公司，另外还对25家塑料加工企业通过电子邮件发送调查表进行了调查，28家外省企业进行了电话访问调查，调查塑料加工企业达到61家。调查结果表明我校高分子材料加工技术专业毕业生就业主要有四大技术工作岗位，分别是塑料挤出技术员岗位、塑料注射技术员岗位、塑料配方技术员岗位、塑料测试技术员岗位。我们根据这四个主要技术岗位所需要的化学基础知识进行了问卷调查，发出问卷调查表207份，回收调查表198份。《高分子材料化学基础》教学内容需求调查表如表1所示。
从调查表中我们可以看出，《高分子材料化学基础》七个单元的内容对我校毕业生主要就业岗位都是需要的，其中以塑料配方技术员对《高分子材料化学基础》知识要求最高，统计需要数据达到1247次，其它三个就业的主要岗位对《高分子材料化学基础》内容要求相关不大，均超过了1100次，就业的其它岗位对本门课程的要求相对不高，只有934次。由此我们可以得出，《高分子材料化学基础》对本专业主要就业技术岗位来说非常重要，但对在其它岗位上就业的毕业生重要性相对降低。就各单元来说，以“碳链高聚物及其单体”单元最为重要，调查表中统计次数达964次，调查企业对象认为最不重要的内容是“高聚物合成”单元，只有573次，其次不重要的是“高聚物化学反应”单元，为707次，其它单元的统计次数多在800次左右，这几个单元的内容是可以认为是很重要的。
通过本次调查，我们知道了《高分子材料化学基础》哪些内容对毕业生就业岗位是最重要及很重要的，哪些内容相对不重要，为我们对《高分子材料化学基础》课程教学内容的选取找到了可靠的依据。
对于教学内容的选取我们也不能完全采取实用主义的办法，也就是说不是采用学生在企业的就业岗位用到那些知识我们就教授那些知识，高等职业教育属于国民教育序列中的高等教育，还需要考虑学生职业生涯的发展，也就是说为学生提供能够支撑其后续发展所必需的化学基础知识。采取的措施是在学生高中化学知识的基础上，将高等教育层次的化学基本的原理、理论融入各教学单元中，提高学生化学基本知识与技能，达到高分子材料加工技术专业大专层次所必需的化学基础。
同时我们还要考虑目前高职生源的实际情况，目前高职生源一般来说对高中化学课程掌握的情况不理想，学习能力也有待提高，所以我们选取《高分子材料化学基础》内容时也不能脱离生源基础的实际情况，没有必要将过深的化学理论纳入教学内容，不然学生无法掌握教学内容，反而造成不利于提高教学质量的影响，如结构化学的内容、化学反应机理的动力学分析等内容不必作为《高分子材料化学基础》的内容，以往的教学实践也证明过深的教学内容对学生学习本门课程是不利的。容易造成学生失去学习的信心与兴趣，从而从整体上影响课程教学效果。
二、教学内容的整合
如前所述，目前《高分子材料化学基础》的内容体系是无机化学、有机化学、物理化学、高分子化学等多门化学课的机械组合，每门课的教学课时在以往的教学中都在100个学时以上，即总课时在400学时以上，要在96学时的《高分子材料化学基础》这门课教授完原来400学时以上的内容，显然不对教学内容进行整合是不可能教授完相关内容，所以必须对高分子材料加工技术专业化学基础的教学内容进行整合，整合的依据就有前面所述的三个考虑。在课程内容的整合过程中，必须防止以前出现的几大化学内容简单的机械的组合，为此要正确把握好这几门化学基础课中相关内容的整合和优化，按照高分子材料加工技术专业人才培养目标对知识、技能及态度的要求，科学地进行“综合”，严格地把握好对相关课程内容“取”与“舍”的尺度。课程内容整合是为了改变以往按单一学科系统分别设置课程，各课程自成一体，缺乏联系，重理论而轻实践的现象和课程与课程间的内容重复，为此我们重新设计了《高分子材料化学基础》的内容结构体系，课程内容体系如表3所示。
从《高分子材料化学基础》教学内容新体系可以看出，新的内容体系打破了原来的几大化学课程内容机械组合的学科体系，考虑课程的职业性，是根据本专业毕业生就业岗位对本门课程知识、技能及态度的需要来设计内容，没有学科体系的影响。将无机化学、有机化学、物理化学、高分子化学这四门课的内容根据职业岗位的需要进行了取舍，整合为一门课程，即《高分子材料化学基础》。需要调整课程结构，重新优化课程内容，处理好相关内容的衔接。高分子材料化学基础以高分子材料为主线，无机化学部分容入各教学单元中，有机化学与高分子化学知识密切结合，物理化学内容也容入相关教学单元，舍去过深理论性教学内容，教学内容结合实际，提高学生学习本门课程的兴趣，从而提高教学效果。课后最后一个单元是综合训练，教学内容有高分子溶液的配制、常用高分子材料的鉴别及聚乙烯醇涂料的制备实验等，这些教学内容结合生产及生活实际，很好地实现了课程教学目标，教学实践证明，学生在学习这些内容时兴趣昂然，取得了较好的教学效果。
三、课程整合注意问题及效果
无机化学反应机理范文6
[关键词]环境化学 化学专业 化学知识 环境问题
化学专业的学生在知识结构上一般具备两大特点:(1)具有比较扎实的化学理论和实验基础,(2)环境保护的意识相对较差。本文将从这两方面入手,结合笔者近年的教学经验和体会,对《环境化学》课程的教学方法进行探讨。
一、充分利用其化学基础知识
化学专业的学生基础课程主要包括《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》、《分析化学》等,根据具体专业不同还会有《油田化学》、《高分子化学》、《催化化学》等,因此,化学专业的学生一般化学基础较好,而《环境化学》的理论基础就是化学,因此,大部分的化学专业学生在理解《环境化学》的反应机理等基础知识上困难较小,如果单纯的讲授污染物在环境中迁移转化的基本理论和一般规律,学生接受起来会比较枯燥。我们可以充分利用其化学基础知识,引导学生自己动手去解决生活或实验中具体的环境问题,可以使学生思路更清晰、理解更透彻,更准确地掌握化学理论和方法在处理实际环境问题时的应用。
1.利用化学知识解决生活中的环境问题
20世纪40年代之后,随着全球工业和汽车业的迅猛发展,光化学烟雾污染在世界各地不断出现,如美国洛杉矶、日本东京、大阪、英国伦敦等大城市。我国近几年汽车销售量和保有量迅速增加,北京、南宁、兰州、广州等地均发生过光化学烟雾现象。由于具有较大的危害性,光化学烟雾的预防和控制已经成为人们研究的热点问题。光化学烟雾产生的主要原因在于:汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物和氮氧化物等一次污染物,在阳光的作用下发生化学反应,生成臭氧、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯等二次污染物。因此,控制好汽车尾气排放中的碳氢化合物和氮氧化物成为解决这一难题的关键,目前比较成熟的技术就是给汽车增加三元催化装置,通过催化剂的作用促进一次污染物转变为无害的二氧化碳和水。而化学专业的学生都具备催化化学的基础,尤其是与石油炼制相关的专业,催化原理和催化剂制备技术都非常熟悉,因此,可以设置相应的课后作业,让学生改进现有的汽车三元催化装置,提高催化效果和使用寿命,其中技术路线成熟的方案可以进入实验室进行实验,如果得到较好的实验结果则可以申请专利或发表文章,还可以参加相关的创业竞赛,充分调动起学生学习知识、运用知识的积极性。
2.利用化学知识解决实验中的环境问题
化学专业的学生除了必修化学理论课之外,还会参加较多的化学实验,例如,无机化学实验、有机化学实验、物理化学实验等。这些实验往往用到很多有毒有害物质,也会产生多种污染物,适时的将《环境化学》的理念引入到实验当中,可以取得较好的效果。
二、重点培养其环境保护意识
当今社会环境保护的呼声越发高涨,学生们虽能感知到这种热度,但往往对环境保护的概念和行为的认识比较肤浅,不甚明了。因此,有必要重点加强其感性认知,培养其环境保护意识,具体可以从以下从三个方面入手:
1.结合热点问题引出环境化学现象
在讲解大气环境化学时,可以将近年来地球上的异常天气出现的频率、范围及影响穿来,如2007年飓风引发的洪水肆虐南亚,2008年初,中国南方各省市遭遇50年不遇的雪灾。众多极端气候的出现,源自于全球变暖,而温室效应则是全球变暖的主要原因,进而降解温室效应的具体原理。还可以结合2009年底哥本哈根峰会的主要议题,探讨温室效应的防治方法。在讲解污染物在水体中的迁移转化行为时,可以结合松花江硝基苯污染事件进行分析,例如硝基苯在水中的扩散稀释速度与分布,硝基苯在底泥和水体之间的分配情况,硝基苯的生物富集效应以及政府采取的活性炭吸附的原理等等。另外,还可以启发学生自己寻找相关的热点问题,找出现象背后的环境化学原理。
2.介绍化学院老师在环境领域取得的成绩
由于本科生在学习过程中接触科研课题的机会较少,将实际科研课题融入到教学内容中,可以使学生了解我校该领域的研究成果,激发他们的听课兴趣,增强他们对学校的自豪感,从而取得了良好的教学效果。在教学过程中,讲到大气中污染物转化时,介绍环境学科相关老师从事的炼化企业有机废气的治理技术;讲到水中有机污染物的迁移转化时,介绍相关老师从事的高浓度有机废水的治理及回用技术、循环冷却水应用过程中的生物控制技术;在讲到受污染环境的修复时,介绍相关老师从事的石油污染土壤的生物修复技术等。另外,很多化学专业的老师,也从事与环保有关的研究,并取得很多成果,这样可以拉近化学与环境保护之间的距离,让有意向的同学可以投身环保事业。
3.参观实习
在教学实践方面,强化第二课堂的教学,安排学生到学校附近的污水提升泵站和高家台自来水厂参观,有条件时可以安排学生到市区的城市污水处理厂、垃圾填埋场等单位参观。另外,可以结合化学专业暑假进行的炼油厂生产实习,安排学生在进行正常的炼油工艺实习之外到相关的炼厂污水处理厂参观实习,这样既巩固了学生对环境化学知识及相关环境问题的理解,提高了学习兴趣,又培养了学生的环境意识。
三、结语
作为未来我国化学化工行业的主干力量,化学专业学生的环保意识和知识水平将直接关系到我国未来相关领域的环保水平。我们应针对化学专业的学生在知识结构上的特点,不断探索相应的教学方法,激发学生的学习兴趣,使学生既能掌握环境化学的基本理论,又具有运用所学知识解决环境问题的能力。
参考文献:
[1]戴树桂.环境化学(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]崔世海等.环境化学课程改革与探索[J].大学化学,2007,22(4).
