2007年10月 存档

化工名人系列之三——鲁道夫·克劳修斯

2007年10月31日,星期三

克劳修斯(Rudolf Clausius, 1822 - 1888)德国物理学家,是气体动理论和热力学的主要奠基人之一。1822年1月2日生于普鲁士的克斯林(今波兰科沙林)的一个知识分子家庭。曾就学于柏林大学。1847年在哈雷大学主修数学和物理学的哲学博士学位。从1850年起,曾先后任柏林炮兵工程学院、苏黎世工业大学、维尔茨堡大学、波恩大学物理学教授。他曾被法国科学院、英国皇家学会和彼得堡科学院选为院士或会员。

克劳修斯主要从事分子物理、热力学、蒸汽机理论、理论力学、数学等方面的研究,特别是在热力学理论、气体动理论方面建树卓著。他是历史上第一个精确表示热力学定律的科学家。1850年与兰金(William John Ma-Zquorn Rankine,1820-1872)各自独立地表述了热与机械功的普遍关系——热力学第一定律,并且提出蒸汽机的理想的热力学循环(兰金-克劳修斯循环)。1850年克劳修斯发表《论热的动力以及由此推出的关于热学本身的诸定律》的论文。他从热是运动的观点对热机的工作过程进行了新的研究。论文首先从焦耳确立的热功当量出发,将热力学过程遵守的能量守恒定律归结为热力学第一定律,指出在热机作功的过程中一部分热量被消耗了,另一部分热量从热物体传到了冷物体。这两部分热量和所产生的功之间存在关系:dQ=dU+dW。

(全文…)

有机化学笔记(7)——σ键的断裂和自由基的形成

2007年10月30日,星期二

有机化合物(Organic compounds)发生化学反应时,总是伴随着一部分共价键(covalent bond)的断裂和新的共价键的生成。共价键的断裂可以有两种方式:均裂(homolytic bond cleavage)异裂(heterolytic cleavage)

键的断裂方式是两个成键电子在两个参与源自或碎片间平均分配的过程称为键的均裂(homolytic bond cleavage)。两个成键电子的分离可以表示为从键出发的两个单箭头。所形成的碎片有一对未成对电子,如H·,CH·,Cl·等。若是由一个以上的原子组成时,称为自由基(Radicals)。因为它有未成对电子,自由基和自由原子非常的活泼,通常无法分离得到。不过在许多反应中,自由基和自由原子以中间体的形式存在,尽管浓度很低,存留时间很短。这样的反应称为自由基反应(radical reactions)

共价键断裂的另一种方式是不均匀裂解,也就是在键断裂时,两原子间的共用电子对完全转移到其中的一个原子上。共价键的这种断裂方式叫做键的异裂(heterolytic cleavage)。键异裂的结果就产生了离子。由共价键异裂产生离子而进行的反应,叫做离子型反应。

均裂可能在非极性溶剂或者在气相中观测到。异裂一般发生在极性溶剂中,因为极性溶剂能够稳定生成的离子。异裂受到原子的电负性以及它们所链接的基团的影响。注意:裂解能DH°仅用于均裂过程,不可把均裂过程和异裂过程搞混。

中文网志年会,你会去吗?

2007年10月29日,星期一

中文网志年会是中国互联网一年一届的互联网从业者、爱好者、Blogger相聚的盛会,今年已经是第三届中文网志年会了,将于2007年11月3、4两天在北京举行。据说届时很多嘉宾将受邀发表演讲,比如麦田等著名blogger,大家也有机会在年会上认识很多互联网从业者和知名Blogger。

官方博客还说Feedsky将赞助包括入选Blogger参会的必需实际花费,如住宿、交通等,凭票报销,以人民币一千元为限。当然啦,不是人人都有这样的机会的,还是要看自身的影响力和运气吧。参加此次年会的相关事项都可以从官方博客获知,包括周边的酒店及定价等等,组织者想得很是周到。可惜本届年会的举办地在北京,而我身处上海,11月3、4两天还得去嘉兴一趟,实在是无法参与了,不过还是推荐各位blogger去,毕竟是中文blog盛会嘛。

我最喜欢的五个网站

2007年10月29日,星期一

总而言之,统而言之昨日发起主题为“我最喜欢的五个网站”的博客串联活动,呼吁大家来一起分享自己最喜欢的网站,并点了涌泉的名。我很赞同这类分享活动,让大家可以交流自己的视角、资源,这本身就是写博客的初衷之一。

我最喜欢的5个网站是:

  • 云风的 BLOG
    云风是网易公司的游戏研发人员,他的博客因此也谈了很多游戏制作方面的话题,此外还有很多他的思考、感受和新想法,是个让人获益颇多的站点。
  • 博客学堂
    这是一个专注于博客建设与推广的站点。我最欣赏这个站点的是,它每篇文章都有分析有观点,不同于有些博客喜欢把长文章分成系列,作者喜欢写长文,这是很好的习惯。
  • 袁岳博客
    不同于上面两个,此站点并非独立博客,是架设在新浪上的。博主袁岳是名人了,他主持的《头脑风暴》在上海地区很受欢迎,我也喜欢。但吸引我每篇必读的并不是博主的身份,而是文章本身所展现的宽广视角。
  • 红军长征自由共享
    它的官方介绍是:给国人提供了一个科研学习娱乐的平台;其本意是促进大家的交流,从而达到提高国内科研水平的目的。我觉得因为众多高学历网友的参与,使之成为了一个活跃的科研、学习、分享社区。几乎是我等理工科学生必去的地方。如果你爱泡社区,那去天涯、mop,还不如来这里。
  • 《槽边往事》—比特海日志
    这是和菜头的博客。一开始读,你可能会觉得博主有些偏激,但是之后你会感受到博主思维的敏锐,配上良好的文字功底,是很值得一读的。我最欣赏的是和菜头谈书、谈电影。

JIANG在发起文中说“只要是对你最有帮助的站点(包括博客,不包括论坛),都可以一起与大家分享”,我想,如果就全部站点而言,上面所述的并不能算是“最喜欢的网站”,因为我更喜欢的还有google、水木清华等等,但是我冒昧揣测JIANG的原意应该还是偏向于博客分享的,所以还是不把刚才讲的几个加上去了。此外还有点原因就是,这是总所周知的,加上对分享也并不是很有意义的吧。

我最喜欢的网站已经谈完了,朋友们,你的呢?让我们都来参与交流与分享吧。

哈佛图书馆自习墙上的训言【zz】

2007年10月28日,星期天

1.此刻打盹,你将做梦;而此刻学习,你将圆梦。
This moment will nap, you will have a dream; But this moment study,you will interpret a dream.

2.我荒废的今日,正是昨日殒身之人祈求的明日。
I leave uncultivated today, was precisely yesterday perishestomorrow which person of the body implored.

3.觉得为时已晚的时候,恰恰是最早的时候。
Thought is already is late, exactly is the earliest time.

4.勿将今日之事拖到明日。
Not matter of the today will drag tomorrow.

5.学习时的苦痛是暂时的,未学到的痛苦是终生的。
Time the study pain is temporary, has not learned the pain islife-long.

6.学习这件事,不是缺乏时间,而是缺乏努力。
Studies this matter, lacks the time, but is lacks diligently.

7.幸福或许不排名次,但成功必排名次。
Perhaps happiness does not arrange the position, but succeeds mustarrange the position.

8.学习并不是人生的全部。但,既然连人生的一部分——学习也无法征服,还能做什么呢?
The study certainly is not the life complete. But, sincecontinually life part of - studies also is unable to conquer, what butalso can make?

9.请享受无法回避的痛苦。
Please enjoy the pain which is unable to avoid.

10.只有比别人更早、更勤奋地努力,才能尝到成功的滋味。
Only has compared to the others early, diligently diligently, canfeel the successful taste.

11.谁也不能随随便便成功,它来自彻底的自我管理和毅力。
Nobody can casually succeed, it comes from the thoroughself-control and the will.

12.时间在流逝。
The time is passing.

13.现在淌的哈喇子,将成为明天的眼泪。
Now drips the saliva, will become tomorrow the tear.

14.狗一样地学,绅士一样地玩。
The dog equally study, the gentleman equally plays.

15.今天不走,明天要跑。
Today does not walk, will have to run tomorrow.

16.投资未来的人是忠于现实的人。
The investment future person will be, will be loyal to the realityperson.

17.教育程度代表收入。
The education level represents the income.

18.一天过完,不会再来。
One day, has not been able again to come.

19.即使现在,对手也不停地翻动书页。
Even if the present, the match does not stop changes the page.

20.没有艰辛,便无所获。
Has not been difficult, then does not have attains

有机实验小结(5)——苯甲酸乙酯的水蒸气蒸馏

2007年10月27日,星期六

一、时间地点
时间:2007年10月25日上午。

地点:华东理工大学奉贤校区有机化学实验室己307。

二、实验原理

在难溶或不溶于水的有机物(organic compound)中通入水蒸气(water vapor>)或与水共热,使有机物和水一起蒸出,这种操作称为水蒸气蒸馏(steam distillation,SD),是分离和提纯有机化合物的常用方法。

根据分压定律(law of partial pressure),混合物的蒸气应该是各组分蒸气压(vapour pressure)之和。即

p = pH2O + pA

式中,p 是混合物(mixture)的总蒸气压, pH2O是水的蒸气压,pA为不溶或难溶于水的有机物的蒸气压。当p等于与系统相通的大气压时,该混合物开始沸腾。从上式可知,混合物的沸点(b.p.)低于任何一个组分的分店,则该有机物可以在比其正常沸点低得多的温度下蒸馏出来。馏出液中有机物的质量mA与水的质量mH2O之比,应等于两者的分压(partial pressure)(pH2O , pA)与各自相对分子质量(MH2O , MA)乘积之比。

pH2O/pA = pAMA/(pH2OMH2O)

水蒸气蒸馏常用在以下场合:

  1. 某些沸点高的有机化合物,在常压蒸馏虽可以和副产物分离,但易氧化或分解;
  2. 混合物中含有大量树脂状杂质或不挥发性物质,采用蒸馏,萃取等方法都难以分离的;
  3. 从较多固体反应物中分离出被吸附的液体。

水蒸气蒸馏在实验室和化学品生产中可用在分离异构体反应回收溶剂回收未反应的或过量的原料提纯高沸点物质去除反应的杂质等方面。

三、蒸馏方式分类

      
  • 水中蒸馏
    原料置于筛板或直接放入蒸馏锅,锅内加水浸过料层,锅底进行加热。
  • 水上蒸馏(隔水蒸馏)
    原料置于筛板,锅内加入水量要满足蒸馏要求,但水面不得高于筛板,并能保证水沸腾至蒸发时不溅湿料层,一般采用回流水,保持锅内水量恒定以满足蒸气操作所需的足够饱和整齐,因此可在锅底安装窥镜,观察水面高度。
  • 直接蒸气蒸馏
    在筛板下安装一条带孔环行管,由外来蒸气通过小孔直接喷出,进入筛孔对原料进行加热,但水散作用不充分,应预先在锅外进行水散,锅内蒸馏快且易于改为加压蒸馏。
  • 水扩散蒸气蒸馏
    这是近年国外应用的一种新颖的蒸馏技术。水蒸气由锅顶进入,蒸气至上而下逐渐向料层渗透,同时将料层内的空气推出,其水散和传质出的精油无须全部气化即可进入锅底冷凝器。蒸气为渗滤型,蒸馏均匀、一致、完全,而且水油冷凝液较快进入冷凝器,因此所得精油质量较好、得率较高、能耗较低、蒸馏时间短、设备简单。

在这次实验中,采用水蒸气发生器把水蒸气直接通入放于三口瓶()的原料中的方式。实验装置如下:

水蒸气蒸馏装置

四、仪器与试剂
仪器:如上图所示;
试剂:苯甲酸乙酯(ethyl benzoate)、无水硫酸镁(magnesium sulfate)干燥剂(desiccant)。

五、实验步骤及注意事项

  1. 在水蒸气发生其中注入其容积1/2~1/3的水,加10mL粗苯甲酸乙酯于三口瓶中,按图示安装好实验装置。加热前必须打开T形管上的螺旋夹(screw clamp,pressure lug),打开冷凝水。
  2. 用本生灯加热水蒸气发生器使水沸腾,产生大量水蒸气。待T形管口有蒸气冲出时,旋紧螺旋夹,使蒸气通入三口瓶中。粗苯甲酸乙酯在水蒸气的加热下一起沸腾,形成蒸汽。在直形冷凝管的冷却下,不久有悬浊液流入接收器,调节螺旋夹,使馏出速度为2~3滴/s。
  3. 待馏出液透明澄清时,可停止蒸馏。如果不易观察到馏出液透明澄清的现象,可取一量筒或小烧杯,装满清水,在接收器口接取2~3滴馏出液,如果有油珠自水面下沉至水底,继续蒸馏,直到没有油珠为止。
  4. 将馏出液转入分液漏斗中,静置分层,分出有机相,置于小锥形瓶中,加适量的干燥剂(无水氯化钙或无水硫酸镁)至液体呈透明状,用三角漏斗滤去干燥剂,用量筒量取产物体积。此次产物体积为8.1mL,属于较好的结果。

六、实验技巧及注意事项

  1. 水蒸气发生器必须安装安全管,材料为一长玻璃管。下端插入发生器中,上端与大气相通。目的是维持系统内部压强保持在安全范围内。如果安全管内水柱上升到危险程度,应停止加热。
  2. 加热前必须打开T形管上的螺旋夹,打开冷凝水。之后可以根据馏出液的速度和安全管内水柱高度调节螺旋夹。
  3. 停止水蒸气蒸馏的时候应该先打开螺旋夹,然后停止加热。装置冷却后,从右至左,从上至下拆卸装置。
  4. 分液时注意不可使有机相中混入过多水,否则难以干燥。干燥剂溶解在水中后,水溶液的密度将大于苯甲酸乙酯的密度,从而形成水层在下的不正常情形。
  5. 干燥剂可分批加入,避免过量。至溶液澄清即可。
  6. 应使用干燥的锥形瓶盛分层后的有机相,最后量体积的量筒也应该是干燥的。

有机化学笔记

2007年10月26日,星期五

九月二十六日发布《有机化学笔记(Notes of Organic Chemistry)》第一篇,计划持续发布并最终完成整个系列。目的是梳理自己的所学所悟,也可供有需要的朋友参考。因为是以个人笔记的形式书写,格式和内容都不严谨,主要以个人意见为主,难免错漏。有何见教,尽管多多提出,共同提高。

随着篇目的增多,以博客文章形式发布不免显得散乱,所以在此建立一个专门的页面,放于“化学资料”之下。现在还不完整,我将继续完成它。当整个系列都完成后,我准备修订一次,并发布一本免费电子书,到时候,版面、条理会好很多,内容也会大大丰富。

  1. 有机化学笔记(1)——《有机化学》主要内容
  2. 有机化学笔记(2)——小论蛋白质变性
  3. 有机化学笔记(3)——有机化合物定义
  4. 有机化学笔记(4)——σ键的特点
  5. 有机化学笔记(5)——影响有机化合物熔点的因素
  6. 有机化学笔记(6)——构象
  7. 有机化学笔记(7)——σ键的断裂和自由基的形成
  8. 有机化学笔记(8)——诱导效应
  9. 有机化学笔记(9)——有机化学常用基团的英文简称
  10. 有机化学笔记(10)——有机化学合成的目标是什么?
  11. 有机化学笔记(11)——有机反应中的热力学与动力学
  12. 为什么π键表现出较强的化学活性?
  13. 用NMR法测定诱导效应的强度
  14. 什么是芳香性?
  15. 芳香性化合物的特点
  16. 有机化学笔记()——亲核取代反应
  17. 有机化学笔记()——亲电加成反应
  18. 有机化学笔记()——共轭效应
  19. 有机化学笔记()——超共轭效应
  20. 有机化学笔记()——键的旋转
  21. 有机化学笔记()——自由基卤化
  22. 有机化学笔记()——环烷烃的环张力
  23. 有机化学笔记()——何谓手性?
  24. 有机化学笔记()——旋光度
  25. 有机化学笔记()——光学活性
  26. 有机化学笔记()——Fisher投影式
  27. 有机化学笔记()——内消旋与外消旋
  28. 有机化学笔记()——SN2反应
  29. ………………本系列陆续完善中………………

如果朋友们对本系列有什么批评和建议,请提出来。另外,如果有未尽之处,请把把疑问提出来,让我们一起完善这个系列。对于提供有价值意见或批评的朋友,在本系列总结时会附上感谢,在将来发布的电子书中也将附上您的名字。

推荐《关于药物设计》一文

2007年10月26日,星期五
  • 今天读到相空间昨日发布的关于药物设计一文,感觉对于增进对CADD(Computer-aided Design and Drafting)的理解有帮助。下面先简要介绍这篇文章的内容:
    它的文章结构为:

    先叙述文章的缘起,“新语丝上刊发了一篇关于药物设计的文章,指出了计算机辅助药物设计的很多问题,有些切中要害,有些则不着边际。看得出作者对药物研发有一定的了解,但是对计算机辅助药物设计却所知甚少。”从这里我们可以知道,这是一篇澄清式的文章。然后作者分了几个部分来讲。

    1. CADD的方法
    2. CADD在药物研发中的应用
    3. 关于CADD的有效性
    4. 一些错误的观点
    5. 结论

    具体内容请参看原文,这里只总结一下结论:

    • 现阶段计算机辅助药物设计方法还有不可能完全独立于试验方法之外在药物研发中独当一面。仅仅依靠理论方法就可以进行药物研发的想法是完全脱离实际的。
    • 当前理论模拟的意义在于,合理地选择计算方法确实可以:
      1. 减少试验的盲目性
      2. 提高试验效率
      3. 降低药物研发成本

    作者最后指出计算机辅助药物设计的趋势:

    从长远来看,随着理论化学方法的发展和完善,计算科学的迅速发展,依靠理论方法准确计算出药物分子的所有性质是完全可以做到的,这将极大地加速药物研发的速度,降低其成本,这也正是各大制药企业设置计算模拟部门的最大动力。看似可有可无的模拟部门,并不是大公司锦上添花的辅助性部门,而是抢占商业制高点的长期投资。

  • 化工名人系列之二——弗里茨·哈伯

    2007年10月26日,星期五

    弗里茨·哈伯(Fritz Haber,1868~1934)
    弗里茨·哈伯

    德国物理化学家,合成氨的发明者。他在科学史上是有争议的人物。但是,无人能否认他的贡献,而其中就包括他对化学工程的贡献。

    • 1868年12月9日生于西里西亚的布雷斯劳(现属波兰)。
    • 接受预料教育后,到柏林、海德堡及苏黎世等大学学习。
    • 毕业后即进入其父经营化学药品的商店工作,因缺乏兴趣,后转到耶拿大学研究有机化学课题,1891年获得哲学博士学位。
    • 1894年,去卡尔斯鲁厄工学院执教,1898年任物理化学教授。主要从事化学平衡、硝基基本电解还原和电弧法、合成氨法固定氮等研究工作。著有《工业电化学理论基础》(1898)、《工业气体反应中的热力学》(1905)等。
    • 1909年7月2日,哈伯在实验室内利用高压装置进行合成氨的实验得到浓度为6%的氨。其后,在工业化学家C.博施的协助下,成功地解决了工业生产中的技术问题。
    • 1913年巴登苯胺纯碱公司利用哈伯的发明在德国奥堡建成的世界第一座日产 30t氨的工厂投产。
    • 1918年,因发明用氮气和氢气直接合成氨的方法,获得诺贝尔化学奖金。
    • 1911年,哈伯除兼任柏林大学教授外,被推选担任新建的威廉皇家研究院的物理化学与电化学研究所所长。第一次世界大战期间,为德国政府研制化学武器。战后,主要从事物理化学的研究工作一直到1933年。由于他的领导,这个研究所成为世界物理化学的主要研究中心。

    • 1932年,哈伯荣获英国皇家学会的朗福德奖章。希特勒上台后,他被称为“犹太人哈伯”而遭到驱逐。1933年, 哈伯接受剑桥大学邀请前往英国工作。1934年1月29日在去意大利度假途中,在瑞士的巴塞尔因心脏病发作去世。

    哈伯的合成氨方法为“哈伯-博施法”,是具有世界意义的人工固氮技术的重大成就。是化工生产实现高温、高压、催化反应的第一个里程碑。合成氨的原料来自空气、煤和水,因此是很经济的人工固氮法,它结束了人类完全依靠天然氮肥的历史,给世界农业发展带来了福音;为工业生产、军工需要的大量硝酸、炸药解决了原料问题。对化学工程来说,它推动了高温、高压、催化剂等一系列的技术进步,至今,在中学和大学教授化学平衡时,氮气-氢气在一定的温度(Temperature)压力(Pressure)催化剂(Catalyst)条件下合成氨仍然是经典的例子,也是对勒夏特列原理(Le Chatelier principle)的一次鲜活演示。

    赞扬哈伯的人说:他是天使,为人类带来丰收和喜悦,是用空气制造面包的圣人;诅咒他的人说:他是魔鬼,给人类带来灾难、痛苦和死亡。后者是因为哈伯第一次世界大战时期,担任化学兵工厂厂长,曾负责研制、生产氯气、芥子气等毒气,并使用于战争之中,造成近百万人伤亡。虽然按照他自己的说法,这是“为了尽早结束战争”,但哈伯这一行径,仍然遭到了美、英、法、中等国科学家们的谴责,哈伯的妻子伊美娃也以自杀的方式以示抗议。我觉得每个人都受到自己所处的时代和环境的影响和约束,过于苛求某个人是不恰当的。原子弹的发明也有个类似的过程。要知道,对军工专家来说,那只是工作,其中还不乏减少伤亡、尽快结束战争之类的善念。科学家只是在自己的领域有所擅长的人,并不应该在道德上过高地要求。再者,大家都明白,科学家从来就不是战争的发起者。任何的研究成果都有可能用于伤害人类,而这责任,应该由使用者来负。晚年哈伯面对德国法西斯的种种暴行,在身受其害的现实下也有所醒悟,最终也成了反法西斯战线中的一员。

    听房鼎业教授谈化学工程发展趋势

    2007年10月25日,星期四

    上周五,去听了化工学院老院长、全国教学名师房房鼎业教授题为《化工,我们的事业》的讲座。房教授谈及化学工程学科及研究内容的发展趋势。这里作一个笔记,因为拿不到房教授的讲稿,内容又多,所以词句并非原讲座内容,错漏在所难免。


    化学工程发展趋势:

    1. 化学工程与环境科学、生物学、微电子学等新兴科学技术学科相交叉、渗透;
    2. 与近代数学、近代物理、近代化学等基础学科间的紧密结合;
    3. 重视计算机的应用,化工模拟与控制都是研究的重要内容。

    谈及数学工具的重要性,房教授说,这些年来在研究和生产重,他感受很深的是,自己的数学基础不够。以前人们认为化学工程并不需要很深的数学知识,但当代以来这一观念已不再正确。大多数化学工程问题都是非线性问题,要建立其数学模型,常用的数学工具为非线性数学最优化方法偏微分方程。化工放大方法从经验放大到相似放大,再到数学模拟放大,可以计算和预测的过程是越来越多、越来越精确了。而化工单元操作基本上都是物理过程,物理基础很重要。说到“物理化学”的问题,导师曾半开玩笑地说:“学好物理化学,走遍天下都不怕。”

    化学工程研究方向的变化:

    • 复杂工艺路线简单工艺路线发展;
    • 简单过程耦合过程发展;
    • 定态非定态发展;
    • 常规小分子大分子、高分子发展;
    • 宏观介观、微观发展;
    • 描述现象阐述机理发展;
    • 理想溶液非理想溶液发展;
    • 极限条件温和条件发展;
    • 非生命过程有活活体体系发展;
    • 探索实验有效预测发展;
    • 参数的单项控制过程的集散系统控制发展。

    房教授在讲座中有很多具体的例子和讲解,可惜的是我笔头不够快,下次听重要讲座要记得带上录音设备了。


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