運(yùn)動醫(yī)學(xué)科出科小結(jié)

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運(yùn)動醫(yī)學(xué)科出科小結(jié)范文第1篇

文章編號：1671-489X（2015）08-0069-03

Introduction of Scientists in Class of Medical Chemistry//LIU Yongdong， ZHANG Shufen， ZHONG Rugang

Abstract The introduction of scientist’s achievements and hard studying process is an important material to expand and enrich the teaching content. In this paper， combined with the whole content of medical chemistry course， the fruitful research work from Arrhenius S.A. and Nernst W. was duly introduced to the students in the class. The introduction of scientists not only riches the teaching content and stimulates the students’ interest in learning， but also gives students more spiritual guide.

Key words medical chemistry； Svante August Arrhenius； Walther Nernst

醫(yī)用化學(xué)是面向醫(yī)學(xué)、藥學(xué)和生物學(xué)等專業(yè)的學(xué)生講授現(xiàn)代化學(xué)基本概念、基本原理及其應(yīng)用知識的一門重要基礎(chǔ)課程[1]，它將為學(xué)生日后相關(guān)領(lǐng)域的深入學(xué)習(xí)打下較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。尤其現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)入了分子生物學(xué)時代，而化學(xué)在這一時代中體現(xiàn)出與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)之間越來越密切的聯(lián)系。因此，醫(yī)用化學(xué)的學(xué)習(xí)對于生命醫(yī)學(xué)等相關(guān)專業(yè)學(xué)生的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。然而，由于醫(yī)用化學(xué)課程內(nèi)容本身較龐雜和枯燥，所以如何擴(kuò)充課堂教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)方式，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生興趣，一直是個具有挑戰(zhàn)性的課題。

科學(xué)家的光輝成就及其艱辛研究歷程的介紹是擴(kuò)充和豐富教學(xué)內(nèi)容的重要素材[1-2]。阿倫尼烏斯[2-3]和能斯

特[2，4-5]分別是1903年和1920年的諾貝爾化學(xué)獎得主，他們兩人的工作都涉及多個領(lǐng)域，在醫(yī)用化學(xué)課程的電解質(zhì)溶液、化學(xué)反應(yīng)熱及反應(yīng)方向和限度、化學(xué)反應(yīng)速率、氧化還原反應(yīng)與電極電位等章節(jié)中都有其相關(guān)工作。因此，筆者從教學(xué)內(nèi)容體系安排和教學(xué)方式兩方面考慮，將兩位化學(xué)家的研究工作歷程及成果編排到課堂的教學(xué)中，以期實(shí)現(xiàn)對教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)充、對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)及對學(xué)生自信心的培養(yǎng)。

1 科學(xué)家阿倫尼烏斯

阿倫尼烏斯（Svante August Arrhenius）是瑞典著名的物理化學(xué)家，創(chuàng)立電離學(xué)說，提出酸、堿的定義，為化學(xué)特別是物理化學(xué)的開創(chuàng)作出極大的貢獻(xiàn)；提出阿倫尼烏斯公式，為現(xiàn)代化學(xué)動力學(xué)奠定基礎(chǔ)，構(gòu)成物理化學(xué)學(xué)科的重要組成部分。由于阿倫尼烏斯在化學(xué)領(lǐng)域的卓越成就，因而被授予1903年諾貝爾化學(xué)獎。

醫(yī)用化學(xué)教材中的電解質(zhì)溶液和化學(xué)反應(yīng)速率章節(jié)中都涉及阿倫尼烏斯的工作。結(jié)合幾年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為可以在電解質(zhì)溶液章節(jié)中重點(diǎn)介紹阿倫尼烏斯的電離理論發(fā)現(xiàn)和提出的科研歷程及其被普遍公認(rèn)所經(jīng)歷的曲折和波瀾，從中讓學(xué)生體會到科學(xué)問題的提出、解決和被認(rèn)可不是想象中的一帆風(fēng)順，而有著艱辛的歷程。從阿倫尼烏斯的電離理論還可以讓學(xué)生感受到科學(xué)問題并不那么神秘莫測，科學(xué)家也不是那么遙不可及，所以大家要相信自己，每個人都是可以有所作為的。這部分內(nèi)容可以主要以故事論述的形式開展。而對于阿倫尼烏斯在化學(xué)動力學(xué)方面的介紹，可以更側(cè)重于介紹他的博學(xué)和興趣廣泛，可以在課堂上引入一些視頻，或是通過布置課外興趣閱讀的形式，讓學(xué)生更多地了解科學(xué)家阿倫尼烏斯的科學(xué)貢獻(xiàn)和成就。

電解質(zhì)溶液中酸堿電離理論的介紹 電解質(zhì)在溶液中以何種形式存在，這種存在形式又是如何產(chǎn)生的，這是19世紀(jì)科學(xué)工作者關(guān)注的課題之一。盡管已經(jīng)有人提出電解質(zhì)在溶液中可能是以離子形式存在，但就其產(chǎn)生過程，科學(xué)界一直普遍認(rèn)同法拉第（M.Faraday）的觀點(diǎn)，即溶液中的離子是在電流的作用下產(chǎn)生的。

阿倫尼烏斯在研究電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性時發(fā)現(xiàn)，氣態(tài)的氨是根本不導(dǎo)電的，但氨的水溶液卻能導(dǎo)電，而且溶液越稀導(dǎo)電性越好；氫鹵酸溶液也是有此特點(diǎn)。對于其他的電解質(zhì)體系，他也做了大量的實(shí)驗(yàn)，都發(fā)現(xiàn)濃度影響著許多稀溶液的導(dǎo)電性。那么如何揭開這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)背后的秘密呢？阿倫尼烏斯開始了實(shí)驗(yàn)之后的思考，他首先想到的是濃溶液和稀溶液本身的差別在哪呢？應(yīng)該是可以通過加水將濃溶液稀釋為稀溶液，可水起到什么作用呢？阿倫尼烏斯順著這個思路深入思考：純凈的水不導(dǎo)電，純凈的固體食鹽也不導(dǎo)電，把食鹽溶解到水里，鹽水就導(dǎo)電了，這是為什么呢？水到底起了什么作用？他覺得這是決定問題的關(guān)鍵。

基于法拉第的觀點(diǎn)，阿倫尼烏斯想是不是食鹽溶解在水里就電離成為氯離子和鈉離子了呢？這個想法在當(dāng)時是相當(dāng)超前和相當(dāng)大膽的，畢竟當(dāng)時的學(xué)術(shù)界一致認(rèn)同法拉第的觀點(diǎn)。阿倫尼烏斯隨后提出假定電解質(zhì)在溶液中具有分子形態(tài)和離子形態(tài)兩種存在形式，當(dāng)溶液被稀釋時，電解質(zhì)的部分分子就分解為活性的離子，而另一部分仍是以非活性的分子形態(tài)存在。因此，溶液稀釋時，活性的離子數(shù)量增加，導(dǎo)電性也就增強(qiáng)了。就此，阿倫尼烏斯提出全新的電解質(zhì)中離子的產(chǎn)生原因，即電解質(zhì)自動電離的新觀點(diǎn)。

然而，當(dāng)阿倫尼烏斯帶著全新的觀點(diǎn)向他的博士導(dǎo)師克萊夫（P.T.Cleve）教授詳細(xì)地解釋電離理論時，這位作為化學(xué)元素鈥和銩的發(fā)現(xiàn)者的著名實(shí)驗(yàn)化學(xué)家對此理論并不感興趣，只說了一句：“這個理論純粹是空想，我無法相信?！边@無疑給滿懷信心的阿倫尼烏斯巨大打擊，而且他也意識到博士論文能否通過出現(xiàn)問題，雖然他認(rèn)為自己的觀點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并沒有錯，但要得到當(dāng)時觀念保守的教授們的認(rèn)可談何容易？答辯過程相當(dāng)艱難，盡管阿倫尼烏斯精心準(zhǔn)備，材料和數(shù)據(jù)都無可挑剔，但經(jīng)過四個小時的答辯，答辯委員會的教授們?nèi)匀徽J(rèn)為論文不是很好。但考慮到阿倫尼烏斯大學(xué)讀書時所有的成績都很好，尤其是生物學(xué)、物理學(xué)和數(shù)學(xué)的考試成績非常優(yōu)異，答辯委員會最終以及格的成績，讓阿倫尼烏斯勉強(qiáng)獲得博士學(xué)位。

著名的化學(xué)反應(yīng)速率的指數(shù)定律――阿倫尼烏斯公式 阿倫尼烏斯不但提出了在化學(xué)發(fā)展史上占據(jù)重要地位的電離學(xué)說，他還深入研究了溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。他發(fā)現(xiàn)對于大多數(shù)反應(yīng)而言，溫度對反應(yīng)速率的影響要比濃度更為顯著。阿倫尼烏斯注意到化學(xué)反應(yīng)體系的溫度每升高1度，反應(yīng)速率約增加12%～13%。若從傳統(tǒng)的觀點(diǎn)來看，對反應(yīng)速率的影響無外乎是對反應(yīng)物分子的運(yùn)動速率、碰撞頻率、濃度及反應(yīng)體系的黏度等物理性質(zhì)產(chǎn)生影響，然而溫度的這種巨大的影響不能從這些傳統(tǒng)的認(rèn)識中得到圓滿的解釋。因此，阿倫尼烏斯設(shè)想，在反應(yīng)體系中是一些高能量的活化分子直接參與到化學(xué)反應(yīng)中，非活性分子吸收一定能量后可轉(zhuǎn)化為活化分子，而反應(yīng)進(jìn)行的速率取決于活化分子的數(shù)量及活化分子之間相互碰撞的次數(shù)；當(dāng)反應(yīng)體系的溫度升高時，活化分子的數(shù)量會隨溫度升高而上升，而且活化分子間的碰撞次數(shù)也隨溫度升高而增加，因此導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)的速率也隨溫度的上升而增大。

1889年，阿倫尼烏斯在上述觀念的基礎(chǔ)上提出著名的阿倫尼烏斯公式，也就是著名的化學(xué)反應(yīng)速率的指數(shù)定律：

其中，k為速率常數(shù)，A為指前因子（也稱頻率因子），Ea稱為化學(xué)反應(yīng)的活化能，也就是非活化分子轉(zhuǎn)化為活化分子所需要的能量，R為摩爾氣體常量，T為熱力學(xué)溫度。阿倫尼烏斯公式的提出為現(xiàn)代化學(xué)動力學(xué)奠定了基礎(chǔ)，是物理化學(xué)學(xué)科的重要組成部分。

此外，阿倫尼烏斯還從事天體物理學(xué)、氣象學(xué)和生物學(xué)等方面的研究，曾較早提出大氣中的二氧化碳對地球溫度影響的論點(diǎn)，還著有《天體物理學(xué)教科書》《免疫化學(xué)》《生物化學(xué)中的定量定律》等著作。

2 科學(xué)家能斯特

能斯特（Walther Hermann Nernst）是德國卓越的物理學(xué)家、物理化學(xué)家和化學(xué)史家，在化學(xué)熱力學(xué)和電化學(xué)方面作出了開創(chuàng)性的工作，特別是因?yàn)槠湓跓崃W(xué)第三定律方面的杰出貢獻(xiàn)而被授予1920年的諾貝爾化學(xué)獎。

熱力學(xué)第三定律的介紹 19世紀(jì)末，化學(xué)熱力學(xué)的研究也已取得相當(dāng)進(jìn)展，其中的熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律已趨于完善，但不足的是化學(xué)平衡常數(shù)仍未有任何熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行推算，還只能借助實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測定。19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，研究發(fā)現(xiàn)已推斷出，體系在低溫狀態(tài)時，反應(yīng)自由能改變值（?G）與焓的改變值（?H）趨于相等。

能斯特對低溫下的化學(xué)反應(yīng)體系進(jìn)行了研究，通過測定比熱和反應(yīng)熱來預(yù)測化學(xué)反應(yīng)過程，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)反應(yīng)是吸熱的，那么所吸熱量將隨溫度下降而下降，而達(dá)到絕對零度時吸熱量將變?yōu)榱?。隨后，他在論文中指出，當(dāng)體系溫度趨近于零時，不僅反應(yīng)自由能改變值（?G）與焓的改變值（?H）趨于相等，反應(yīng)熵的改變值（?S）也趨近于零。這就是化學(xué)史上所稱的“能斯特?zé)岫ɡ怼薄Ｋ茢?，所有固體的熵值在接近絕對零度時都是相等的。

能斯特?zé)岫ɡ硎且粋€大膽的實(shí)驗(yàn)假說。此后，德國物理學(xué)家普朗克（M.Planck）依據(jù)統(tǒng)計(jì)力學(xué)原理指出，能斯特?zé)岫ɡ碇挥袑τ诩兾镔|(zhì)的完美晶體才成立。后來的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)對熵的討論表明，有些純物質(zhì)（如過冷液體和有些固態(tài)化合物）在趨近絕對零度時能存在一個正的熵值。因此，1923年，美國物理化學(xué)家路易斯等人對普朗克的表述進(jìn)行了修改，提出具有完美晶體的各種物質(zhì)在絕對零度時，體系的熵等于零。至此，完善的熱力學(xué)第三定律最終被提出。

電化學(xué)中的電極電位的計(jì)算――能斯特方程 除了在化學(xué)熱力學(xué)方面的開創(chuàng)性工作外，能斯特還提出了描述電池可逆電動勢的能斯特公式。他將化學(xué)熱力學(xué)中的自由能變化與電池電動勢聯(lián)系起來，從而將化學(xué)熱力學(xué)規(guī)律成功地應(yīng)用于電化學(xué)體系。

1889年，能斯特根據(jù)范特霍夫的滲透壓理論和阿倫尼烏斯的電離理論提出，在溶解壓力的作用下，原電池中的金屬進(jìn)入了溶液，并以離子形式存在；與此同時，溶液中的金屬離子又在滲透壓的作用下，使金屬離子回到金屬表面。這是兩種方向相反的力，當(dāng)其達(dá)到平衡時，便產(chǎn)生了原電池中的電極電位。在此基礎(chǔ)上，能斯特導(dǎo)出電極電位與溶液濃度的關(guān)系式，即電化學(xué)中著名的能斯特方程：

其中，E為電池的電動勢，ε為標(biāo)準(zhǔn)電極電位，R為摩爾氣體常量，T為熱力學(xué)溫度，c1和c2分別為溶液中氧化態(tài)和還原態(tài)的濃度。能斯特方程表明，電極電位的大小不僅取決于電極本身的性質(zhì)，還與電池的反應(yīng)溫度、物質(zhì)氧化態(tài)與還原態(tài)的濃度、壓力等因素有關(guān)。能斯特方程為熱力學(xué)函數(shù)值測定提供了一種全新的方法，而且此電化學(xué)方法不但為熱化學(xué)數(shù)據(jù)提供了最精確的測量方法，還是化學(xué)熱力學(xué)規(guī)律的最精確的驗(yàn)證手段。電化學(xué)方法將化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成可控的可逆電池反應(yīng)，進(jìn)而獲得可控調(diào)節(jié)下極為精確的測定結(jié)果。