电子显微镜辅助下的微型化学实验

李银方

摘要： 将传统的化学实验微量化，用电子显微镜分别观察铁置换铜的反应、碳酸氢钠与盐酸的反应、碘化钾与硫酸铜的反应和晶体析出的实验现象。与肉眼观察的方法相比，突破了可视范围，获得更加明显的实验效果，让学生真切地感受到化学的神奇和美丽。

关键词： 化学实验； 电子显微镜； 置换反应； 晶体； 酸碱中和反应

文章编号： 1005-6629（2018）4-0062-03 中图分类号： G633.8 文獻标识码： B

化学是一门以实验为基础的自然科学。人们使用试管、烧杯、酒精灯等简单化学仪器就可以探索物质构成的奥秘，比如颜色的变化、沉淀的生成和溶解、气体的吸收和释放等，通过实验现象进一步推断化学反应体系中的变化本质[1]。

随着时代的进步，传统的实验方法已经不能满足现有的实验发展水平和学生的需求。如何使实验现象更加明显，结果更加准确，操作更加简便，产物对环境影响更小成为化学工作者思考的问题。工作在一线的化学教师在这方面进行了大量的探索，其中部分好的实验结果已在教学中运用[2～6]。在这些探索中很少涉及运用显微镜观察化学实验现象的研究。这主要是因为显微镜不是化学实验室的标准配备仪器，同时光学显微镜操作步骤复杂，调节精度要求高，体积大，携带不方便是另一方面的原因。随着科技的进步，电子显微镜因其价格低廉、操作简单、体积小、便于携带等优点而被广泛应用于实验教学中。笔者尝试将其应用于化学实验中，观察化学实验现象，对一系列的实验进行探索，获得了不错的实验结果。

1 实验用品

（1） 1000倍高清数码显微镜（USB）。主要用于观察实验现象，以下介绍所用显微镜的具体参数，如表1所示。

表1 千倍高清数码显微镜具体参数

续 表

（2） 笔记本电脑。主要用于显示和存储电子显微镜捕捉到的图像。电子显微镜自带的软件中可拍照，也可录像，非常适合记录实验过程中的变化，捕获瞬时实验现象及回放。

（3） 化学实验用品。具体如表2所示。

表2 所做实验名称及实验用品

2 实验操作

2.1 显微镜的调试

按照表1产品结构图把显微镜安装好，通过调节支架上面的高度和角度调节旋钮，使电子显微镜处于合适的高度和角度以方便操作；将USB线插入电脑接口，打开电脑，安装随机附带的驱动程序，安装完成之后，桌面上会出现电子显微镜图标，双击打开软件；将培养皿放在显微镜头下，取下镜头上的封盖，旋转调焦滚轴将清晰度调到最佳；同时通过LED调光线控将亮度调到需要的亮度，使实验现象能够呈现出清晰的对比度。

2.2 化学实验的操作

表3 四个化学实验操作步骤

3 实验效果

3.1 实验效果图

表4 四个实验效果图

3.2 实验效果说明

表5 四个实验的相关说明

4.实验优点

（1） 相比传统的实验现象，放大后的实验现象更加明显。由于显微镜可放大1000倍，所以即使很细微的现象也可出现很明显的实验结果。同时，以上实验过程均可直接投放到一体机或大屏幕上，当学生看到动态的化学反应的发生过程，那种激动之情无以言表，使得化学是美丽的和神奇的不再是一句空话。

（2） 设备价格便宜，携带方便，操作简单，功能强大。本实验中的显微镜一套在100元以内，所有学校都能够配备；显微镜只有一支小试管大小，携带很方便；显微镜操作很简单，只需要调节高度、亮度和清晰度即可，一般10s内就可解决问题。显微镜可拍照、录像，制成的视频可用剪辑软件进行剪辑。

（3） 试剂用量少，实验安全，环境污染小。从表3中的实验操作过程不难看出，试剂的用量都是几滴，甚至1到2滴。药品用量少，现象却很明显，极大地推动了微量实验的可行性。

张希院士在第31届中国化学奥林匹克（决赛）暨冬令营上演讲时指出，当前的化学已经进入新的发展阶段，传统化学学科的界限越来越模糊，化学与其他学科间的联系也越来越紧密。未来的化学人才不仅要善于利用化学的专长解决其他领域难以解决的问题，还要善于吸收其他学科的营养来丰富化学的内涵，拓展化学的外延。化学的发展需要汲取其他学科的技术优势，尤其是好的观测仪器，会极大地提高对未知世界的认知，帮助人们探索科学的奥秘。本文通过将传统的化学实验微量化，利用电子显微镜观察实验现象，突破了以往肉眼的可视范围，更加深刻地认识实验过程中发生的实验现象。随着科技的进步，多学科之间的协调创新是未来科技发展的方向。相信不久的将来，在仪器技术和软件开发的同时，化学学科也将得到长足的发展。

参考文献：

[1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007： 绪言.

[2]陈凯.基于显微技术的微型化学实验——介绍一种新兴化学实验方法[J].化学教学， 2008，（5）： 16～18.

[3]杨玉琴，谢丹敏，吴振华.基于绿色化学理念的人教版新教材实验改进[J].化学教学， 2006，（10）： 4～6.

[4]余洁贞，沈久明.化学课堂实验改进的探索[J].化学教学， 2002，（4）： 8～9.

[5]付小勤.初三化学若干演示实验的改进[J].化学教学， 2012，（3）： 47～49.

[6]李明皓，徐开俊，余丹妮.用绿色化学的观念改进胶体制备实验[J].化学教育，2015，（2）： 39～41.