電子顯微鏡輔助下的微型化學(xué)實驗.doc

電子顯微鏡輔助下的微型化學(xué)實驗 摘要： 將傳統(tǒng)的化學(xué)實驗微量化，用電子顯微鏡分別觀察鐵置換銅的反應(yīng)、碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)、碘化鉀與硫酸銅的反應(yīng)和晶體析出的實驗現(xiàn)象。與肉眼觀察的方法相比，突破了可視范圍，獲得更加明顯的實驗效果，讓學(xué)生真切地感受到化學(xué)的神奇和美麗。 關(guān)鍵詞： 化學(xué)實驗； 電子顯微鏡； 置換反應(yīng)； 晶體； 酸堿中和反應(yīng) 文章編號： 1005-6629（2018）4-0062-03 中圖分類號： G633.8 文?I標(biāo)識碼： B 化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。人們使用試管、燒杯、酒精燈等簡單化學(xué)儀器就可以探索物質(zhì)構(gòu)成的奧秘，比如顏色的變化、沉淀的生成和溶解、氣體的吸收和釋放等，通過實驗現(xiàn)象進一步推斷化學(xué)反應(yīng)體系中的變化本質(zhì)1。 隨著時代的進步，傳統(tǒng)的實驗方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的實驗發(fā)展水平和學(xué)生的需求。如何使實驗現(xiàn)象更加明顯，結(jié)果更加準(zhǔn)確，操作更加簡便，產(chǎn)物對環(huán)境影響更小成為化學(xué)工作者思考的問題。工作在一線的化學(xué)教師在這方面進行了大量的探索，其中部分好的實驗結(jié)果已在教學(xué)中運用26。在這些探索中很少涉及運用顯微鏡觀察化學(xué)實驗現(xiàn)象的研究。這主要是因為顯微鏡不是化學(xué)實驗室的標(biāo)準(zhǔn)配備儀器，同時光學(xué)顯微鏡操作步驟復(fù)雜，調(diào)節(jié)精度要求高，體積大，攜帶不方便是另一方面的原因。隨著科技的進步，電子顯微鏡因其價格低廉、操作簡單、體積小、便于攜帶等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于實驗教學(xué)中。筆者嘗試將其應(yīng)用于化學(xué)實驗中，觀察化學(xué)實驗現(xiàn)象，對一系列的實驗進行探索，獲得了不錯的實驗結(jié)果。 1 實驗用品 （1） 1000倍高清數(shù)碼顯微鏡（USB）。主要用于觀察實驗現(xiàn)象，以下介紹所用顯微鏡的具體參數(shù)，如表1所示。 表1 千倍高清數(shù)碼顯微鏡具體參數(shù) 續(xù) 表 （2） 筆記本電腦。主要用于顯示和存儲電子顯微鏡捕捉到的圖像。電子顯微鏡自帶的軟件中可拍照，也可錄像，非常適合記錄實驗過程中的變化，捕獲瞬時實驗現(xiàn)象及回放。 （3） 化學(xué)實驗用品。具體如表2所示。 表2 所做實驗名稱及實驗用品 2 實驗操作 2.1 顯微鏡的調(diào)試 按照表1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖把顯微鏡安裝好，通過調(diào)節(jié)支架上面的高度和角度調(diào)節(jié)旋鈕，使電子顯微鏡處于合適的高度和角度以方便操作；將USB線插入電腦接口，打開電腦，安裝隨機附帶的驅(qū)動程序，安裝完成之后，桌面上會出現(xiàn)電子顯微鏡圖標(biāo)，雙擊打開軟件；將培養(yǎng)皿放在顯微鏡頭下，取下鏡頭上的封蓋，旋轉(zhuǎn)調(diào)焦?jié)L軸將清晰度調(diào)到最佳；同時通過LED調(diào)光線控將亮度調(diào)到需要的亮度，使實驗現(xiàn)象能夠呈現(xiàn)出清晰的對比度。 2.2 化學(xué)實驗的操作 表3 四個化學(xué)實驗操作步驟 3 實驗效果 3.1 實驗效果圖 表4 四個實驗效果圖 3.2 實驗效果說明 表5 四個實驗的相關(guān)說明 4.實驗優(yōu)點 （1） 相比傳統(tǒng)的實驗現(xiàn)象，放大后的實驗現(xiàn)象更加明顯。由于顯微鏡可放大1000倍，所以即使很細(xì)微的現(xiàn)象也可出現(xiàn)很明顯的實驗結(jié)果。同時，以上實驗過程均可直接投放到一體機或大屏幕上，當(dāng)學(xué)生看到動態(tài)的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生過程，那種激動之情無以言表，使得化學(xué)是美麗的和神奇的不再是一句空話。 （2） 設(shè)備價格便宜，攜帶方便，操作簡單，功能強大。本實驗中的顯微鏡一套在100元以內(nèi)，所有學(xué)校都能夠配備；顯微鏡只有一支小試管大小，攜帶很方便；顯微鏡操作很簡單，只需要調(diào)節(jié)高度、亮度和清晰度即可，一般10s內(nèi)就可解決問題。顯微鏡可拍照、錄像，制成的視頻可用剪輯軟件進行剪輯。 （3） 試劑用量少，實驗安全，環(huán)境污染小。從表3中的實驗操作過程不難看出，試劑的用量都是幾滴，甚至1到2滴。藥品用量少，現(xiàn)象卻很明顯，極大地推動了微量實驗的可行性。 張希院士在第31屆中國化學(xué)奧林匹克（決賽）暨冬令營上演講時指出，當(dāng)前的化學(xué)已經(jīng)進入新的發(fā)展階段，傳統(tǒng)化學(xué)學(xué)科的界限越來越模糊，化學(xué)與其他學(xué)科間的聯(lián)系也越來越緊密。未來的化學(xué)人才不僅要善于利用化學(xué)的專長解決其他領(lǐng)域難以解決的問題，還要善于吸收其他學(xué)科的營養(yǎng)來豐富化學(xué)的內(nèi)涵，拓展化學(xué)的外延?；瘜W(xué)的發(fā)展需要汲取其他學(xué)科的技術(shù)優(yōu)勢，尤其是好的觀測儀器，會極大地提高對未知世界的認(rèn)知，幫助人們探索科學(xué)的奧秘。本文通過將傳統(tǒng)的化學(xué)實驗微量化，利用電子顯微鏡觀察實驗現(xiàn)象，突破了以往肉眼的可視范圍，更加深刻地認(rèn)識實驗過程中發(fā)生的實驗現(xiàn)象。隨著科技的進步，多學(xué)科之間的協(xié)調(diào)創(chuàng)新是未來科技發(fā)展的方向。相信不久的將來，在儀器技術(shù)和軟件開發(fā)的同時，化學(xué)學(xué)科也將得到長足的發(fā)展。 參考文獻： 1宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書?化學(xué)1（必修）M.北京：人民教育出版社，2007： 緒言. 2陳凱.基于顯微技術(shù)的微型化學(xué)實驗介紹一種新興化學(xué)實驗方法J.化學(xué)教學(xué)， 2008，（5）： 1618. 3楊玉琴，謝丹敏，吳振華.基于綠色化學(xué)理念的人教版新教材實驗改進J.化學(xué)教學(xué)， 2006，（10）： 46. 4余潔貞，沈久明.化學(xué)課堂實驗改進的探索J.化學(xué)教學(xué)， 2