商成喜
(承德市护理职业学院化学教研室河北承德067000)
《医用化学》是临床医学系学生一门非常重要的基础课,这门课程学习的好坏不仅影响到后续课程的学习,还会影响他们建立正确的学习方法。
在《医用化学》的多年教学实践中发现,影响这门课程学习的一个非常重要的因素是由于多数学生不能建立正确的思维方法,主要体现在两个方面:①用数理的逻辑推导方法学习化学课。②死记硬背,对科学的联系性、发展性认识不足。而化学是一门联系的、发展的实验科学,它的一切理论都是在已有的正确知识指导下,在实验事实的基础上发展起来的。为了解决这些问题,在教学实践中引入化学史的内容取得了较好的效果。
教材在《配合物的基本概念》这一节,是先比较配合物与一般盐类化合物的性质,再给出概念、命名、组成和理论。我在教学过程中是这样处理这节内容的:
首先介绍十八世纪末已具有化合价的概念,能够正确进行元素分析。然后介绍实验事实:Tassaert往CoCl2溶液中加氨水,先生成Co(OH)2沉淀,继续加氨水则沉淀溶解,放置一天后便析出一种橙黄色晶体,经分析知是CoCl3•6NH3(Co2+在氨过量时被氧化为Co3+)。起初人们把这种晶体看成是CoCl3和6NH3的分子加合物—复盐,与当时才发现的象CuSO4•5H2O、Na2CO3•10H2O等相似。但当加热到150℃时并无氨气放出,用稀硫酸回流几小时也不生成硫酸铵。这引起人们的注意。1847年前后Genth等发现钴盐与氨的化合物不仅因氨气分子的数量不同而有不同的颜色,而且钴盐中氯的性质也有所不同:
CoCl3•6NH3橙黄色用AgNO3可沉淀出3Cl-
CoCl3•5NH3紫红色用AgNO3可沉淀出2Cl-
CoCl3•5NH3•H2O橙黄色用AgNO3可沉淀出3Cl-
CoCl3•4NH3绿色用AgNO3可沉淀出1Cl-
显然原来的简单的原子价规律难以说明这些性质。为了解释这些事实,化学家们进行了探索。
十九世纪三十年代末Graham曾认为:氨对金属盐的加合作用和氨气与氯化氢结合生成氯化氨相似。(N2H6Co)Cl2中的Co取代了两个NH4Cl分子中的H。后来霍夫曼等人发展了这一理论,形成霍夫曼铵盐理论:认为NH4Cl的H除可被金属离子取代,还可被NH4+取代。依照这一理论则上述几种化合物可被表示如下:
从结构上看这一理论是令人满意的,氮原子五价也符合原子价的概念,但是所有氯原子的成价情况都是类似的,无法解释三种盐中沉淀出不同的Cl-的事实。
1869年Blomstrand根据有机化学中碳链-CH2-CH2-CH2-的结构提出了链式理论。这一理论为Jorganson所支持,称为Blomstrand-Jorganson理论,上述三种化合物的结构依次为。他们认为直接与Co3+结合的Cl不被Ag+沉淀。但链式理论无法解释后来由Reiset和Peyrone发现的CoCl3•4NH3还有另外一种紫色异构体(不稳定)的事实。
1893年26岁的瑞士苏黎世大学化学讲师Werner提出了配位理论。他认为原子价概念不能说明配合物的结构,应引进附加概念来扩展原子价概念,如在CoCl3•4NH3中钴的主价为3,副价为4。主价力使钴与氯结合成CoCl3,而副价力使CoCl3和4NH3结合成CoCl3•4NH3。为了解释钴氨配合物中氯的不同性质,提出了内界、外界的概念,内界是由中心原子和周围紧密结合的配位体组成。如CoCl3•4NH3的结构式为:
内界中的Cl-与Co紧密结合,Cl-不被Ag+沉淀,NH3在加热时也不释放。为了证实自己的理论,他还进行了电导率的测定,进一步证明了自己的理论。他还研究了配合物内界的几何构型,指出:内界的构型是立体的,配位数为6的是正八面体型,配位数为4的可是正方形也可是四面体型,配位数为2的是线型。CoCl3•4NH3的两个异构体结构差异是由于原子或原子团空间位置不同造成的,见下图:
Werner己建立了一个圆满的理论体系,为此他于二十六年后获得诺贝尔奖金。但是Werner并未真正揭示副价的真正含义。直到二十世纪二十年代Sidgivick引入了配价的概念,副价的本质才得以解释。三十年代初著名化学家Paulin又提出了价键理论以解释之。中心离子的空轨道是杂化轨道,接受配位体提供的孤对电子形成配位键。如CoCl3•4NH3中的Co3+的电子层结构如下:
杂化轨道接受四个氮原子和二个氯原子的孤电子对形成配位键,这样就解释了副价的意义。即是我们教材中的理论。这样这节课从交代历史背景和提出问题开始,然后逐步的解决问题,一个问题解决了,又产生了新的问题,就这样一环紧扣一环,就好象是在和科学家们一起研讨配合物的理论,使同学们的思维紧紧跟着浓缩了的科学家们的思维,直到问题获得圆满的解决。由于知识的获得是从提出问题和解决问题中得来的,比通过灌输得到的知识更为牢固和灵活。更重要的是同学们不仅学会了知识,还了解了科学家们的思维方法,科学家们对人类的贡献都是在前人的基础上经过勤奋努力才完成的,认识到真理的相对性及一个科学理论建立的艰巨程度,有助于同学们树立正确的科学观,树立攀登科学高峰的远大理想。