钝化—金属表面的致密氧化保护层


    化学上的一些概念、原理是前人从已知的感性材料出发,通过观察、分析、综合,对这些材料进行去伪存真,抽象出它们共同的本质属性,然后进行概括而形成的。因此化学上的概念、原理有高度的概括性、抽象性。学生理解起来十分困难,教师要懂得让学生真正地掌握这些概念或原理的过程,从总的方面来看,同人类的认识过程是一致的。在进行概念或原理的教学中必须遵循由感性到理性、从生动的直观到抽象的思维这一认识过程的总规律。
   
笔者在多年的教学中体会到:学生对概念或原理理解的好不好有两点至关重要,一是学生已有的知识经验和他们在实践中所形成的思考能力,二是教师讲课是否能启发引导、简明扼要、生动形象,直观通俗。教学实践的许多事例可以说明,如果学生在学习某一概念时,他们对这方面的感性材料很丰富,教师讲解又能重点突出、把抽象的概念或原理形象化、通俗化。那么学生很容易理解这些知识的内涵和实质,能达到事半功倍的效果。现举几例加以说明。

    一、化学键

    化学教材上谈到什么是化学键时写道:相邻的原子间强烈的相互作用叫化学键。学生在学习时感到这句话很难理解,尤其是对相互作用的含义感到莫明其妙,认为这个概念十分抽象。我在教学中首先讲什么是,键是安装在车轴头上管住车轮不脱离轴的一个铁棍。在电动机、水泵等装置中都需要把皮带轮固定在轮轴上,采用的办法是在轮轴和皮带轮上各打上槽,用一金属方块打进去固定,或者说用一块金属把二者连接了起来。该金属方块就叫键。由此可见,键是起固定连接作用的,它把轮子和轴牢固地连接在一起。化学键是用在化学上把原子和原子连接起来的一种东西,这种东西不象前面提到的键那样直观,它是看不到的,它把原子连接到一起采用的方式也不一样,有三种之多。第一种是靠阴阳离子的吸引力把原子和原子连接在一起,象离子化合物氯化钠、氯化镁等。第二种是依靠共用电子对把原子和原子连接在一起,象共价化合物氯化氢、氨气等。第三种情况是靠自由电子把原子和原子连接在一起,象金属铁、铝等。由此可见,原子间的这三种连接方式要用一个高度概括的名词来加以描述,才能包括全面,这就是相互作用的由来。这样学生就比较容易理解相邻原子间靠化学键把它们连接在一起,也就理解了化学键的定义。也很容易理解在多原子组成的分子中,含有两种化学键。例如氢氧化钠,氢原子和氧原子之间靠共价键结合,钠离子和氢氧根离子间就是靠离子键结合。

    二、钝化现象

    不锈钢铁、铝等金属表面生成致密氧化物保护层,从面阻止与金属进一步反应的现象叫钝化现象。

    要真正理解钝化现象,首先要搞清楚的含义,钝就是不锋利,不快。当我们用刀切肉时,一旦切不动了,常说:这把刀真钝!然而用手掌或木片同样切不动肉,我们却不说它们钝,原因是这些东西没有割肉的本领。可以这样理解钝的含义,原来具有某种能力,现在该种能力降低了或者丧失了,我们称之为钝。铝、铁金属反应,我们能动铁和铝。因为它有氧化能力,氧化能力更强,更应该能与铝、铁金属反应,更能动金属铁和铝。实际上由于致密氧化物保护层的作用,阻止了反应的进一步发生,换句话说,这与刀钝切不动肉是一个道理。铁和铝反应的氧化能力,更应该能与之反应,实际上却不能反应的这种现象,我们称为钝化现象。

与钝化现象类似的还有医疗上杀菌、消毒用的酒精浓度是70—75%,当酒精浓度大于75%时,杀菌能力反而降低,原因是浓酒精一下子把细菌表面组织杀死,形成一层硬壳,阻止了酒精的渗透,不能把细菌内部的组织杀死,很难把细菌一网打尽。实际上浓酒精的杀菌能力反而降低了。而70-75%的酒精渗透能力极强,可以把细菌全部杀死。

    三、勒夏特列原理

    如果改变影响平衡的一个条件(如温度、压强、浓度),化学平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。这就是勒夏特列原理。这个原理是对浓度、压强、温度对化学平衡影响的高度概括。如果升高温度,化学平衡就会向吸热的方向移动,从而使体系中的温度降低;如果压强增大,化学平衡就会向气体体积缩小的方向移动,从而使体系的压强减小;如果增加反应物的浓度,化学平衡就向生成物的方向移动,从而使反应物的浓度减少。化学平衡研究的是可逆反应,可逆反应可以向任何一方运动,反应既可以向正方向运动,同时还可以向相反方向运动。当升高温度时,化学平衡若向放热的方向运动,那么会体系中的温度升高,若向吸热的方向移动,会使体系中的温度降低。其实化学平衡运动却选取了后者从而使体系中的温度降低。如果降低温度,化学平衡会向放热的方向移动,从而使体系中的温度升高。从这里看出化学平衡运动是助人为乐雪中送炭,而不是推波助澜助纣为虐,它是多么的公道、多么仁慈啊!

    勒夏特列原理是化学平衡运动中公平原则的体现。

    在自然界中,水总是从高的地方流到低的地方,从而使低的水位变高。在现代的社会中当人们存款少时,银行会增加利率吸引客户,当人们存款多时,银行会减少利率。现在银行从客户存款所得的利息中扣20%的个人所得税,用于救助生活贫困的人们。这体现了人类社会中一个公平的原则,那就是缩小贫和富的差别。从某种意义上讲,化学平衡中勒夏特列原理与人类社会公平的原则的实质是一样的。

    四、官能团

    决定化合物特殊性质的原子或原子团叫做官能团。卤素、羟基、羧基、硝基等都是官能团。为了帮助学生理解官能团的概念,我从官能团字义入手,所谓官能团是一个象官一样有号召力的、有能力的团体,是一个领导集体,在处理事情中是起决定作用的。如学校的校长、副校长及学校领导班子,在处理学校的事情中有很大的作用,是先投资盖科技楼,还是先投资盖艺术楼;是先投资建物理实验室、还是先投资盖化学实验室;教师的待遇高点、还是管理人员的待遇高点等等。在这些事情的处理上,学校领导班子起着重要作用。这些决策对学校的影响是巨大的。

    在有机化合物中,有的分子往往很大,然而这些物质发生化学变化时,大都在较小的官能团上发生,或发生取代反应、或发生加成反应、或发生聚合反应,这些原子或原子团是发生化学变化的中心,它决定了化合物的特性。在有机物中官能团的作用就象人类社会中的