|
这几天天天开会吃饭喝酒…感觉日更难度好大啊。可是，说了每天写就得每天写。洗完澡醒醒酒，继续讲今天的重点：氧化与还原。 为什么要讲氧化与还原呢？因为这是化学里最基础的反应。我们是由浅入深，由易到难。这几讲都是在说元素，元素化学中最最核心的逻辑是什么？是结构决定性质，性质决定行为。 首先我们看一下下图，是铋晶体。熔炼制作后的铋金属，表面被氧化，形成多彩的氧化膜，非常美丽，那什么是氧化呢？氧化听上去和氧有关，而事实上，历史上氧化这个词的发明也确实是和氧有关的。这又要说回到化学老祖宗拉瓦锡了，前几讲也提过，氧元素就是他发现的。而他是通过大量燃烧实验，发现每次金属在空气中燃烧之后，质量就会有所增加，那必然是和某种物质发生了化合反应。下图就是他做过的经典的一个氧化还原实验： 由此那时候拉瓦锡就得出：有氧气参与得失的反应就是氧化和还原反应。但是到了20世纪初，随着电子的发现，人们的想法又改变了。氧元素发生转移时，电子也会随之从一个物质转移到另一个物质。 于是这个模型就此升级，所有原子都是有电子的，氧化还原反应从氧元素的得失变成了电子的得失。这可是一次了不起的进步，从一个特例到一个共性的转变。我们形容氧化剂和还原剂，氧化剂看做很强势的小孩，还原剂就是很弱势的小孩，电子就是饼干，他两原本都有，但氧化剂很强嘛，就能把别人的饼干抢过来给自己；还原剂很弱，老是被别人把饼干抢走。这样说就明白了吧。 但到这里，还差那么一点。我们说，电子的转移不是本质，因为仅仅以电子转移这个行为，并没有揭露结构与性质之间的关系。氧化与还原反应的本质，是电子之间形成化学键的方式。所谓化学键，是原子外层电子之间的相互作用力。到这一步，电子转移的结果并不是最重要的，而是电子转移的趋势。 我们可以通过这一讲，看到一个模型到底是怎么建立，又是如何优化的。从特例到共性，从现象到本质，从静态的结果到动态的趋势。 最后摘抄一段我感觉挺有发展前景的氧化还原的前沿发展（因时间关系，我未做修饰，全文引用自知乎美迪西，绿色化学技术的前沿方向之光氧化还原反应，感兴趣的可以去看看）： 常见的光氧化还原催化剂主要包括钌和铱的金属催化剂，还有一些有机染料。在可见光的激发下，金属催化剂中金属离子的电子转移给催化剂中的配体，形成相对存活时间长的三重激发态。这种激发态下的催化剂参与同有机分子之间的单电子的转移，诱导有机反应新共价键的生成。值得一提的是，这种激发态分子既可以作为一个强氧化剂也可以作为一个强还原剂来参与到反应当中，扩大了该种催化剂可以作用的反应类别。同时，这种金属离子和配体分子结合的形式，也给了化学家们很多修饰优化的空间，使得化学家可以有预见性的针对个别反应来对催化剂分子进行修饰。MacMillan说：“光氧化还原反应不仅仅让合成变得更快，更使以前根本不敢想的分子合成反应变为可能，而且你仅仅只需要一步反应！” 最近时间日程极不稳定，写的也比较匆忙，缺乏深度思考，还望大家原谅。另外预告一下，后面进入化学材料部分的时候，我打算完全脱离孙博士的选题，讲一些和大家相关的我也比较熟悉的材料的情况，如有感兴趣的方向，大家也可以预约题目哦。 好的，今天的课就到这里啦，明天再见！ |
|
|
