20043在工作学习中对化学有了点儿感悟.doc

在工作学习中对化学有了点儿感悟（1）在工作学习中对化学有了点儿感悟，贴出来大家分享。在我看来，化学是一门挺有思想的学科，它研究的是物质的本身，它告诉你怎么去认识物质，怎么去理解物质现象，怎么去发现物质，怎么应用这些物质和你所理解的现象。化学这门学科最大限度的拓展了人们的好奇心，并且你现在的工作可能就是为了让以后的人更有勇气的应用自己这个好奇心。人们对周围的物质充满了好奇，在无法理解的时候往往就想去理解它们，它们是什么？它是从哪里来的？它们会到哪里去？当你在洗衣服，做饭，生病的时候，一个有好奇心的人就会问个为什么？很多人有很多的解释，众说不一，有一些就走向了鬼神论。当一个解释出来了，它可能会很好的解释你所要解释的现象，不过同时这个解释还会带来其他的现象，如果其他的现象也随着被人们发现了，那么这个解释就是站得住脚的。真的存在化学键吗？配位化学里面除了化学键这么一个解释外，还有晶体场理论，轨道理论，它们都能够解释它们所能够推导出来的并且被人们发现的现象。解释了这些现象有什么根本性的用处吗？它能够使它的发现者生活好起来吗？未必，不过一个成功的解释能够满足很多人的好奇心，并且以后再遇到这样的现象的时候人们就不会由于无知而不知所措，甚至恐惧了。多一个成功的解释，就少了一个愚昧的论断，就有可能让人类在以后的岁月里面利用这个现象去更好的生活。物理也是解释世界的语言，数学更是很根本，不过这些理科学所要解释的东西是不一样的。化学是对物质本身的研究，研究物质的性质，物质的现象。很多优秀的化学家都是学哲学的出身，或者兼学哲学，因为在解释应用它们的理论的时候需要哲学的帮助。用柏拉图的话说：哲学是形而上之学，在化学工作中能够很好的体会到这句话的意义之重大。一杯水，透明澄清，无色无味，可是它有很多性质，随着人们不断创造出新的研究工具，就越发的觉得这一杯水的不简单。它有质量，熔点，沸点，冰点，在不同的压力下会发生不同的现象，有折射率，有极性，把锌放进去会产生气体，会腐蚀钢铁，它有流体动力学性质，在核磁共振中会产生一个尖峰，在紫外中能够产生噪音，当含有杂质的时候会观察到布朗运动，会产生丁达尔现象，当墨水滴到水中时会有扩散现象，对不同的物质有不同的溶解度，电解后产生气体，可以对中子有慢化作用，与乙醇放在一起的时候会观察到表面张力的不同，与乙醚在一起的时候会分层所有的这些性质都在推动着人们毫无厌倦的对它感兴趣，不断的去思考世界是有什么组成的，水合产物的发现使人们开始体会到大自然给人们的财富是多么的伟大。就像圆形，一个没有棱角，从圆形到边处处相等的形状，人们在它身上发现了圆周率，发现了切线，它有面积，周长，直径，半径，圆心角，它里面存在直角三角形，存在弦切角，可以利用圆做出正多边形，它是人们做出了轮胎，齿轮，是人们想到了环积分，甚至封闭集，设想出原子是圆的，进而想到概率，想到了弧，扇形，球体，各种各样的性质。一个很基本的物质，它的背后存在着自然界的真理，人们的好奇心就是打开这扇通往真理之门的道路上的门的钥匙，然后就是不厌其烦的提出疑问，然后就是不断的去思考，验证自己的想法。化学试验在这里面看出是必不可少的了，它是一个发现现象，解释现象，应用现象所必然要走的一个过程，自己创造出一个条件，这个条件在日常生活或者是自然界中不会出现，而是人为的让体系成为某种状态。因为在自然界中体系很是纷杂，影响物质性质的条件很多，如果要单纯的研究某种物质的话，这种方法很难看到什么规律性，或者说即使有规律性也是很多条件共同影响得到的，对于寻找规律没有益处，因此要自己创造条件，让它能够达到一些理想或者准理想的状态。不过在这之前一定要心里有谱，我通过这个实验明白什么事情，我要在这个实验里面发现什么？证明什么？心里明白你要做的是什么的情况下，你再去做就会有很大的收获了。这就需要自己对一些化学理论要有所了解了，前人想的不一定是正确的，因为它们的理论只能解释它们发现过的现象，对于他们没有发现的现象就不一定能够说得通了，很多化学现象的解释除了大段的数学推导可能会有一些帮助，大多是牵强附会，真正是怎么个样子，一个人说出来，在每一个人头脑里都是不同的样子，比如说p轨道，在很多人的想法中它和电子云是一样的东西，两个纺锤形头对头的顶着，可是轨道本身是一种能量梯度所划分出来的界限，与电子是否存在于这个轨道上无关，于是有很多人在听说到空轨道的时候就不知所措了，因为既然是电子云怎么又没有电子了呢？实际上我自己的理解是没有电子的能量处在p轨道的能量梯度时，p轨道为空轨道。并且如果把化学反应想象成为波的共振与叠加，在理解能级分裂的时候会很有用处，可是这种想法也是在任何书上都没有记载的。每个人都有自己的观点，只要能够解释得通，对于你自己来说这个观点就是正确的。还有有机化学里面的位阻理论，分子是化学家解释现象的时候用来直观表示的工具，它到底能够有大的体积，也是因为假设了分子和分子结构的存在而衍生出来的推论，你可以从其他的角度去理解位阻。我还是用波的想法，波有叠加也有削弱的性质，可能是因为波的削弱而导致的在某一集团上发生不了反应。对物质的理解有自己的想法，这是化学DIY的基础。弄不好什么时候电磁波理论就能够模拟化学反应了呢！呵呵。然后我认为比较有意思的是在验证自己想法的阶段，你要考虑用什么装置，什么试剂，创造出什么样的条件，设计试验的过程要想周到，知道会发生什么现象，不知道会发生什么现象，有所防范，注意安全，把国际单位制的那些单位都考虑一下，温度，时间，长度，密度，体积，表面积，电导，粘度，表面张力，折光率能够想到的都想到，利用自己有的条件去发现它们之间的规律，这样能够给自己下一步的去分析解释提供更多的数据，数据多了，用Excel整齐的作一张表，参考一下以往人是怎么解释的，再看看能不能有所突破，甚至从另一个出发点解释。化学就是这样，合成化合物，不管你是博士还是中专生，只要能够合成的出来并且有一定的产率，你就是老大；解释现象，不管你度过没度过正经的化学专业，只要能够解释的通顺，你就是老大化学是一门用铁的事实来证明你的价值的学科。也有很多假设，在法律上有这么一句话，当所有的怀疑都指向你的这个假设的时候，你的假设就是事实。总之，化学是需要勇气去妄想的。化学DIY，你自己去做，当所有的东西都摆在你面前的时候，世界将在你面前呈现出真理，如果你去接受这个真理，你的人生会很有意义。（2）主动化学科研说来说去最起码的还在于你想做不想做，看官注意：这科研可与其他的伙计不同，其他的伙计你不想做，有别人做，照样能够做成功，科研呢？你不想做，别人自然也不一定能做出来，上回书说道：同一个理论不同的人有不同的解释，同一个工程不同的人用的理论不同，最后达到的效果也是不同的。科研如此人性化，一个人或者一个课题组或者一个集体做出来的东西在世界上定是蝎子拉屎独一份的，所以看出你不想做就是你失去一个机会，失去机会意味着什么？看到别人用他们自己的想法做出你自己也能够做出来的东西的时候并且如此招摇，你定心理不会太过舒服，终究是科研人员。我想起崔健的一个歌词，近一段时间不断咏唱，感觉甚好：投机份子突然来了一个机会空空的没有目的就像当初姑娘生了我们我们没说愿意这机会到底是什么一时还不大清楚可是行动已经雷厉风行而且严肃我们没什么经验我们也不喜欢过去我们只知道一直干下去一定会有新的结果难道生活需要手段还是生活就该苦干反正生活他已经从新开始就不应该怕乱噢我们有了个机会就要表现我们的欲望噢我们有了个机会就要表面我们的力量真理永在远方姑娘总在身旁可每当面对他们的时候总要与他们较量明天还要继续繁忙虽然还是没有目的可是充实着每个机会就像坚持在天堂朋友请你来帮帮忙虽然不需要太多知识因为这儿的工作只需要感觉和胆量朋友给你一个机会试一试第一次办事就像你十八的时候给了你一个姑娘噢我们有了个机会就要表现我们的欲望噢我们有了个机会就要表面我们的力量想想如此，不管自己现在工作条件生活环境怎样，科研只要你主动去做，就一定能够有所成功的。一个好的想法能够激发一个人的野心，这个野心可能与钱无关，可能会很耗费精力，不过你把它当作自己活着的证据，把它变成自己存在的状态，只要一直干下去，一定会有新的结果。我一直对自己未来保有一种好奇心，看看那个新的结果是怎么样的，我发现每天都能够让我惊喜，为什么呢？因为只要我主动的去干了，去研究了，哪怕是一点点儿的进展都是那么有震撼性，让我乐此不疲，陶醉其中。要想搞好化学，自然要挖空心思，不管是科研的还是非科研的，都要做好，为自己创造好的实验条件，为自己设计出下一步的工作计划，给我的朋友看的时候，他们不再因为我拿的钱少而看不起我，反而对我的成绩赶到眼馋，也想抛弃世间繁琐之事学一学化学一试身手了。所以我提出一个概念叫做“主动化学”，这不是什么前沿的分支学科，是一种科研的态度，他不是什么条件能够给予你的，也不是什么奖赏能够激励你的，他是你自己想主动去做，终会有一个结果的，我想这个结果可能并不赖，可能会让你幸福一辈子。主动去找一些别人还没思考过的问题去思考，主动去用自己的眼光挖掘别人思考过的事情中的不足和可以改善的地方，主动的发表自己的想法，主动的和别人去交流思想，化学本身就是物质的哲学，对于它的探讨可能千百年后也不会有什么颠覆性的垄断性的理论出现，不过就像是一种信仰，自己了解得越多，自己创造出来的新化合物越多，自己摸索出来的新方法越多，自己的生命对于大自然来说就越来越有意义。曾经想过这么一个命题，当你痴迷于化学了，你的身份就离上帝不远了，你在帮助神来创造他们无法创造出来的世界！ 有的人说我们这里面的化学条件很老旧了，有的人说科研是需要经费的，没有经费什么也没有。我说两句吧。化学除非要研究一些非自然条件下的反应，其他的我觉得我们院的设备绰绰有余，只要你申请去做，一定会有人帮助你的。我看了看近两年的化学诺贝尔奖获得者，不再是一个人的成绩，两个人，三个人居多，有人会帮助你的，只要我们之间有这么一条信念，一定会有新的结果出现的。我们院是科研院所，并且我们院对科研事业向来放在第一位，只要你申请了，就没有做不到的。还有就是，网上面公共数据库很多，有一些大型的实验并不是每个人都能够做到的，也不是每一个科研院所都能够做到，有些化学反应本身的价格就是倾国倾城的，不过别人把原始数据贴到了网上，就好办多了。实验不用做了，直接利用自己的思考来发现别人别的科研院所面对数据所看不到的真理。照样能够发表文章，照样推理出来的理论是你自己的，和那个科研院所的人保持通信，了解一些实验细节，进而自己设计出或者说补充出他们由于保密而没有公布于众的实验细节，大了不敢说，当你想到的细节和哈佛，剑桥这种优秀地方的专家们想到一块儿去的时候，你会发现世界原来如此之小，俨然在自己的想象之中了。呵呵。化学手册也是必不可少的，多基本化学手册，参考书，心中有数，在做起分析工作来轻车熟路一马平川，那种成就感的感觉，会你感到如此善意的野心面对上帝来说都是会被批准的，好像全世界的人都在支持你去做这件工作。当然会有难题，踏实下来，不要浮躁，多和别人交流，我想越是大的难题，你如果解决之后就越有身为人类的成就感和荣誉感。我们处在一个和平的环境里，我们在这个环境里应该珍惜自己的生命，否则无异于战争，主动去做一些上天赋予你的事情，这一生也不会因为碌碌无为而羞耻了，当然我选择了化学，主动化学。化学DIY的朋友们，想做就做吧，在这里，原子能院，他们会支持我们的！总之，有了一个机会，什么机会？自己找到一个搞化学的机会，不是吗？那就是机会了，我们有了个机会就要表现我们的欲望和力量。（3）要考虑的几个方面面对一个化学反应，或者一个复杂的化学过程，或者一个物质，如果你要解释，往往很难找到头绪，因为任何一个反应本身涉及到的知识面就很广泛。我不太提倡一开始解释就从结构的角度或者十分数学的角度来解释问题，我从北大的物理化学课本上看到了这么一篇文章，关于物质在某些条件下自发有序排列的现象，比如说有某种化合物在薄膜状态下，改变外界温度，是薄膜两边瞬间形成较大的温差，会观察到薄膜上有漩涡状或蜂窝状花纹，书上的解释文字很说得通，吉布斯自由能在某种情况下，物质自身焓值变化较大会引起熵值减小，然后的解释我就不理解了，他用了吉布斯函数对温度的偏微分方程，并且就这个方程做了一个图，图中表示系统弛豫后瞬间稳态的形成，并且说偏微分方程中的无数中不定解可以代表各种物质状态，解释未免过于抽象了。自己查了一些资料，有一本书在我们院的图书馆可以借到，叫协同学，我认为解释的比用偏微分方程的解释更有说服力，协同学中考虑了反应发生的各种外界条件，以及熵本身的定义，用概率的方法，探讨或然性与必然性之间随条件变化的转化过程，当然也是一些数学处理，可是每一步都说得通。记得在上高中的时候，听过一个北大无机化学教授的讲课，他说：不要把化学单单看成一种数学现象，的确要有数学表达式，可是每个数学表达本身都存在一个化学过程，这个过程才是真正化学工作人员要接触的东西。用庄子的话说，就是得鱼而忘筌。如果你在化学公式的数学推导中，在推导过程中遇到一个无法用现象或者理论解释的数学表达的时候，你就要问问自己，这个公式我到底理解了吗？每一个化学方程本身都具有它本身的化学意义，在北大学习物理化学的时候，曾经有一位教授提出公式推倒得到新的参数上的关系，然后他在推倒的过程中写出每一步都在向学生说明这个表达式的化学意义何在。如此学习化学，才发现化学中的数学是如此得心应手。探讨公式背后的化学意义，对于自己去研究化学是很有帮助的。我提出的要考虑的几个方面也是从化学意义上说的，如果你看到在试验过程中一个参数值的化学意义没有完全的表现出来，就要考虑一下自己的这个实验是否还需要补充了。第一：不管是什么样的反应，我认为都要把他首先定位为一个动态的过程，动态平衡是研究静态理论的一个前提，我读到诺贝尔化学奖中有一段研究弛豫现象的论文，中间说瞬间发生的反应宏观上可以认为是静态的，可是如果把其中的条件当作动态看待，改变这个条件，整个反应就会向宏观动态过程转变，这在研究反应机理上很有用处。在观察试验的过程中，对于系统的所有参数，什么在变化，什么没有变化心中有数，了解一些宏观的反应条件，如大气压，空气湿度，室温，溶液的pH，溶液粘度，反应过程中样品的折光率变化，沸石的孔度，孔密度，油浴或水浴的传热介质的比热容在说明反应现象的时候会很有用处。做到整个试验的每个步骤都在自己掌握之中，方能够让化学物品在你的手中服服帖帖。这是物质的动态过程。第二：能量的动态过程，化学反应中的能量转换可以说是化学反应的基本，反应前输入能量是怎样的，在哪些步骤出现了不可避免的能量损失，涉及到反应物的能量是怎么工作的，比如说破络反应，有些络合物的形成是放热反应，有些络合物的形成是吸热反应，先探讨络合物形成本身的能量转化，是否存在光反应，是否存在放射化学反应，弄明白了，破络就是这个能量转化过程的逆过程，如果从体系中释放能量，比如加入介质，使络和物处于低能级的激发态，这个介质可以是催化剂，也可以直接或间接参加反应，当络合物的能量处于较低能级的时候，对于释放能量就比较容易了，比如加入还原剂，使高价金属离子变为低价金属离子，使它的晶体场配位能降低，或加入能提供p空轨道的反应物，取代d或f空轨道，降低配位能，都是在破络中的经常使用的方法。如果要引入能量才能破络，如果引入能量是一个有趣味性的问题，通常的方法是加热，可能加热本身就是宽域值的能量供给方法，很难准确的得到所想要的反应产物，使用电流，声能，紫外线，红外线等等能量的输入方式，有的时候会更高一些。在有机化学分析中，兰州大学的陈耀祖院士曾经做出核磁质谱法合成化合物的试验，通过核磁激活有机物中特定的键位，然后用质谱达到铜板上，只使局部的反应基团发生特定的反应，后来我认为如果用红外光谱进行化学合成反应可能会更有效，特定激活已知基团，使它的反应活性增强，然后进行反应，可能会形成通常的有机化学反应要经过很多步骤才能形成的化合物，众所周知，有机化学合成过程中，反应步骤越多，最后的产物产率就越少，我的这个想法一直没有机会应用，我想可能现在已经有人捷足先登了。第三：对于放射化学来说，我比较感兴趣的是辐射化学，它在化学反应的同时加入了放射性键共振的思想，不过我看到的资料很少应用这个现象，放射化学的研究大多处于核物理和核化学的阶段，在我认为并不能完全是化学领域的东西。所以我提出要注意现象，在明白现象是怎么回事情之后，应当积极运用这个现象，来做别人做不到的事情。在试验中有很多现象被认为是实验失败了，或者是出现了操作误差或者系统误差，并没有深刻的探讨，在我看来这种马马虎虎的作风实际上是个化学的研究提供了更多的遗憾。原来在大学的时候做过这么一个无机试验，当然我做失败了，在分离锌和铜的时候，出现了大量的蓝色沉淀，在布氏漏斗上形成了一块很大的蓝色滤饼，质量衡算后，发现除了形成了氢氧化铜，氢氧化锌之外，还有大量的质量不知道从哪里来的。可能是水合物，助教建议去分析，当时我没有注意，就错过了一个机会，如果当时用X光分析一下，也许会从这个无定型的沉淀中得到什么有意思的结构理论，后来才知道水合物沉淀出来的现象并不多见。如果有时间，就刨根问底，看看到底是怎么回事儿，重复试验是必要的，看看自己的反应条件是怎么影响化学反应过程的。可能一个事故的后面隐藏的大量的我们未知的东西，我们就这么错过了。第四：对于化学反应中的数学关系是化学研究多少世纪以来人们不断的探讨的课题，质量守恒，能量守恒，物料守恒，这些最基本的数学关系，在化学反应中是肯定要探讨的。在化工设计中，要考虑的数学关系就更多了，不一一举例。面对已经有的化学数据，数学健模的方法是很有用的，可能自己就能够得出一个经验公式。我感到概率与统计确实十分有用，它能够让你在一些很没有联系的化学数据中比较容易的找到反应的真相。说到数学，就涉及到举一反三，一个反应结果出来了，根据反应物本身的化学性质，如果键能，电离势，生成焓等等，可以推导出如果其他的化学物质代替这个化学物质，能够出现什么现象，当然认为有必要就做试验验证一下，如果认为十拿九稳，这对于化学知识的积累是很有用处的。数学在化学中作为一个工具，目前已经引进了数学中的图论，群论，拓扑学，偏微分方程，数值分析，线性代数等等，用新的数学工具来考虑化学问题，可能会给你打开一片化学上的新天地。我在一本书上看到有用集合论解决化学反应的例子，整个过程十分令人振奋。面对工具就要利用它，多一个生产工具，就多一个化学战斗的武器，呵呵。做化学，已经不仅仅是平瓶罐罐了，有很多人们想象不到的东西，其实都有可能存在于一个小小的公式里面。还有其他的要考虑的方面，我还没有想到，还需大家补充。我认为当这些都考虑周全了，面对纷杂的物质世界也就所向披靡了。（4）软课题的作用写这篇文章的目的在于希望大家重视软课题的开发。我认为科研重要的环节在于思维方式上的进步，面对一个事情如果能够能够抓到它的要领，在真正的实验和工程上会通畅很多。软课题包括实验数据管理，数学模型，方法论，系统设计，管理方法，机理讨论，实验现象讨论等等，还有对于国家国际的有关法律的研究，标准的研究，理论及计算研究等等。如果说实验、工程是硬件课题，其中的软件的作用就如同灵魂一样不可缺少，否则科研就与工匠活没有什么区别了。对软件的积累与创新，所提供的工具和思维方式对科学的发展的作用应当说是本质性的。最简单的，掌握了一个机理，就可以举一反三，就可以涉及到实验没有做到的领域，它所创造出来的价值，是单一的或者若干个实验所不能的达到的。物质本身存在的规律性如果单一的从实验结果上看，并不能代表得很准确很广泛，很多实验中的相通之处，在实际的科研应用中也没有很好应用起来，化学哲学这门学科实际上的研究人员是很少的，大量的化学工作者都习惯于在某一个领域深入发展，而其中的道理的融会贯通也只是经验科学，基于经验很难把事物向前有较明显的推动，人们在解释实验现象的时候难免出现模棱两可的情况。于是在真正的工作当中，舍近求远并且还没有达到预期效果的情况就很多见了。我认为在面对一个事物的时候，应当给自己多提几个如果，进而形成一个选择题，可能这个实验现象还没有发现，还没有被公开，可是在自己的如果中已经预见到了相应的东西。比如说电子，对称性来说就有正电子，不带电的电子，如果设想它们的存在，它们的性质就能够预言出来；还有各种辐射，衍射，明显看出如果存在核与电子层的假设成立，通过自己的模拟就可以想到激发内层电子，激发外层电子，用不同能量的颗粒攻击原子，形成了反弹，折射，把电子打出去了，没有把电子打出去，颗粒本身存在于原子中，颗粒本身没有存在于原子中，携带出各层电子，射偏了，擦边而过，正中红心，链式反应，这其中的能量转移，能量激发，能量守恒，碎片的状态，再加上本身的能级跃迁，电子共振，核共振，由这个想法设计出相应的系统，统一的一个公式，哪怕是一个不等式，区间公式，等等；还有系统设计，什么样的反应系统能够达到反应目的，安全的考虑，操作方法的考虑，可追踪性可测量性的考虑，标准的计算，子系统输出输入物料性质和数量的确定，条件的可能影响，反应容器的选择，设计，反应级别的确定，反应中能量传递，物料传递的设计，物料后处理，物料预备，应急措施的考虑等等，几种方法的比较，现有条件的利用，数据处理上能够表现反应的显著性的措施，数