電子顯微鏡輔助下的微型化學實驗

李銀方

摘要： 將傳統的化學實驗微量化，用電子顯微鏡分別觀察鐵置換銅的反應、碳酸氫鈉與鹽酸的反應、碘化鉀與硫酸銅的反應和晶體析出的實驗現象。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，讓學生真切地感受到化學的神奇和美麗。

關鍵詞： 化學實驗； 電子顯微鏡； 置換反應； 晶體； 酸堿中和反應

文章編號： 1005-6629（2018）4-0062-03 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

化學是一門以實驗為基礎的自然科學。人們使用試管、燒杯、酒精燈等簡單化學儀器就可以探索物質構成的奧秘，比如顏色的變化、沉淀的生成和溶解、氣體的吸收和釋放等，通過實驗現象進一步推斷化學反應體系中的變化本質[1]。

隨著時代的進步，傳統的實驗方法已經不能滿足現有的實驗發展水平和學生的需求。如何使實驗現象更加明顯，結果更加準確，操作更加簡便，產物對環境影響更小成為化學工作者思考的問題。工作在一線的化學教師在這方面進行了大量的探索，其中部分好的實驗結果已在教學中運用[2～6]。在這些探索中很少涉及運用顯微鏡觀察化學實驗現象的研究。這主要是因為顯微鏡不是化學實驗室的標準配備儀器，同時光學顯微鏡操作步驟復雜，調節精度要求高，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、便于攜帶等優點而被廣泛應用于實驗教學中。筆者嘗試將其應用于化學實驗中，觀察化學實驗現象，對一系列的實驗進行探索，獲得了不錯的實驗結果。

1 實驗用品

（1） 1000倍高清數碼顯微鏡（USB）。主要用于觀察實驗現象，以下介紹所用顯微鏡的具體參數，如表1所示。

表1 千倍高清數碼顯微鏡具體參數

續 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，捕獲瞬時實驗現象及回放。

（3） 化學實驗用品。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 顯微鏡的調試

按照表1產品結構圖把顯微鏡安裝好，通過調節支架上面的高度和角度調節旋鈕，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，安裝隨機附帶的驅動程序，安裝完成之后，桌面上會出現電子顯微鏡圖標，雙擊打開軟件；將培養皿放在顯微鏡頭下，取下鏡頭上的封蓋，旋轉調焦滾軸將清晰度調到最佳；同時通過LED調光線控將亮度調到需要的亮度，使實驗現象能夠呈現出清晰的對比度。

2.2 化學實驗的操作

表3 四個化學實驗操作步驟

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 四個實驗的相關說明

4.實驗優點

（1） 相比傳統的實驗現象，放大后的實驗現象更加明顯。由于顯微鏡可放大1000倍，所以即使很細微的現象也可出現很明顯的實驗結果。同時，以上實驗過程均可直接投放到一體機或大屏幕上，當學生看到動態的化學反應的發生過程，那種激動之情無以言表，使得化學是美麗的和神奇的不再是一句空話。

（2） 設備價格便宜，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，所有學校都能夠配備；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，只需要調節高度、亮度和清晰度即可，一般10s內就可解決問題。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屆中國化學奧林匹克（決賽）暨冬令營上演講時指出，當前的化學已經進入新的發展階段，傳統化學學科的界限越來越模糊，化學與其他學科間的聯系也越來越緊密。未來的化學人才不僅要善于利用化學的專長解決其他領域難以解決的問題，還要善于吸收其他學科的營養來豐富化學的內涵，拓展化學的外延。化學的發展需要汲取其他學科的技術優勢，尤其是好的觀測儀器，會極大地提高對未知世界的認知，幫助人們探索科學的奧秘。本文通過將傳統的化學實驗微量化，利用電子顯微鏡觀察實驗現象，突破了以往肉眼的可視范圍，更加深刻地認識實驗過程中發生的實驗現象。隨著科技的進步，多學科之間的協調創新是未來科技發展的方向。相信不久的將來，在儀器技術和軟件開發的同時，化學學科也將得到長足的發展。

參考文獻：

[1]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007： 緒言.

[2]陳凱.基于顯微技術的微型化學實驗——介紹一種新興化學實驗方法[J].化學教學， 2008，（5）： 16～18.

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[6]李明皓，徐開俊，余丹妮.用綠色化學的觀念改進膠體制備實驗[J].化學教育，2015，（2）： 39～41.