一说到化学,大家往往都会想到危险的实验,五颜六色的试剂,以及实验员身上的白大褂。无疑,对于化学学科,实验毫无疑问是非常重要的一环,可以说化学的一切都是围绕实验展开的。而每一个化学专业的学生,对实验都有着复杂的感情。
一方面,化学实验意味着复杂、辛苦,甚至是危险。相信每次在通风橱里操作味道浓郁的刺激性气体时,化学生的心里都会奔涌着一句话:“该死的化学实验!”
而另一方面,每次经过千辛万苦的实验工作,最终得到那一点珍贵的产物的时候,化学生的内心都会充满着狂喜与感动。
那么化学实验该怎么做呢?答案是“用脑子”。
化学实验不仅仅是一场双手的运动,更是一次激烈紧张的思维竞赛。因为,在科研中做的化学实验都是全新的,你并不精确的知道实验结果会是什么,烧瓶中随时都可能发生一些意想不到的情况。因此,化学人在做实验的时候,要随时对此时此刻反应器中发生的过程做到心中有数,并且在意外发生的时候迅速准确判断意外发生的原因,并当机立断做出合理的处置。
举两个例子吧。读本科的时候,曾经有一个博士在做实验的时候打翻了装有氰化钾粉末的试剂瓶,氰化钾撒了一地。氰化钾在空气中容易水解,会释放出剧毒的氰化氢气体。这个博士当时就慌在那里了,什么都没做,拔腿就跑,以至于整栋楼都被紧急疏散。另外一个例子,我认识一个朋友,他曾经用金属钠做实验,结果做着做着钠在空气中自燃了,幸亏他对这个风险有一定的预判,沉着应对,没有造成损失。
既然化学实验这么复杂,既费体力又废脑力,那么有志于化学事业的同学,在科研中能否避开实验呢?答案是可以的。而这一切都要归功于物理对化学研究的介入。
在量子力学建立后,人们意识到一切化学现象在原则上都是可以由解薛定谔方程得到解释和预测,这就为之后的理论与计算化学的出现打开了一片空间。但是尽管原则上薛定谔方程可以解决一切化学问题,但是实际操作中,具体形式的薛定谔方程变得过于复杂,以至于在数学上并不能得到精确解。随着理论与计算化学的发展,人们逐渐建立了许多的近似计算理论,可以在不同精度要求下得到近似解,从而在一定程度上对化学实验起到了补充的作用。
正是由于理论与计算化学这一研究方向的存在,广大“手残”同学有了在不做实验的情况下进行化学研究的可能。但是,理论与计算化学一般而言对数理计算机功底要求比较高,至少要求一定的量子力学基础,门槛不低。
稍微提一嘴,数学其实在化学的理论体系中也插了一脚。作为结构化学的重要组成部分,使用群论来描述分子、晶体对称性的内容是广大化学本科生最头疼的章节。
既然量子力学和群论都难了点,那我们还是回过头来脚踏实地的看看化学实验吧,累是累了点,起码不用头疼那么难的数学和物理
化学实验一定是要事先设计的,要在实验记录本上写清楚每一步的具体操作,并按照严格的安全实验规程去实现。但是正如上文所述,每次化学实验都不会完全按照预先设想的方向前进,边做实验还要边调整思路,在很多情况下甚至需要迅速判断,并采取果断措施。
对于一名常年做实验的化学生,找工作的时候,化学实验技能就是最大的竞争力。我们甚至可以根据化学实验特点的不同,将无机化学、有机化学、物理化学、分析化学与高分子化学等化学学科区分开来。而这些不同的实验技能,也就决定了不同的就业出路。有机需要会过柱子,分析需要手眼精准,无机化学和高分子化学则需要操作很多的加工仪器。
但是正如上一篇文章所言,化学是一门非常经世济用的科目,学习化学未必就一定要投入生产科研。化学生完全可以利用自己对产业界科研界的了解从事金融行研,或者去政府相关部门如环保局做公务员,或者像笔者一样从事教育行业。
愿化学的梦想常在,愿在充满希望的光明前程面前,“该死的化学实验“,也能耀出可爱的光芒。 |