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摘要：通过显微镜、放大镜观察化学实验现象，不仅观察角度与设计思维独到，体现绿色化学观念，更推进了微型化学实验研究的进展，是一种值得推广的实验方法。
关键词： 显微镜；微型化学实验；科学探究
文章编号：1005－6629(2008)05－0016－03中图分类号：G633.8文献标识码：C
“微型化学实验”英文翻译为“Microscale Chemical Experiments”。“microscale”一词意为极微小刻度或数值范围的，表明微型化是此类化学实验不同于普通化学实验的最大特点。我国中学所使用的微型化学实验仪器主要包括杭州师范学院、湛江师范学院等高校所开发出来的成套产品，也有在生活中、实验室里所寻找的替代品，但不论应用何种仪器所设计的微型化学实验，大多凭肉眼就能观察到实验现象。如果药品的用量减少到一两滴，或浓度降低到化学反应现象根本无法通过肉眼观察时，那么应该怎么办呢？国内外一些中学师生受到纳米科技和生物实验的启发，大胆地将显微镜应用于微型化学实验设计[1-3]。在显微技术的世界里，一滴溶液也可以呈现出包罗万象的神奇。这样创新的思路和独特的视角，非常值得实验研究推广。
1常用仪器设备
作为显微技术的核心器材，显微镜是将微小物体或物体的微细部分高倍放大，以便观察的仪器或设备。它广泛应用于工农业生产及科学研究，大致分为光学显微镜和电子显微镜，最高级的光学显微镜的分辨本领的限度约200nm(放大2000倍) ， 然它的分辨本领由于所用光波的波长而受到限制，仅在生物学和医学业务研究中使用较多，但对于一般化学实验现象的观察已足够。如果需要向班级学生演示，可采用显微镜、数码相机、数码摄影机、电子荧屏等设施，配合部分电脑零部件组装成显微聚光反射电子投影机，可将显微镜下观察到的实验现象放大，投影在电子荧屏上，只用极少的化学试剂，却能让全班同学都能观察到结果，
基于显微技术的微型化学实验仅以一两滴溶液为研究对象，达到了了微型实验“零废液污染”的目标，但用普通的微型化学实验仪器中的井穴板盛装观察很不方便；如果使用滤纸，纸纤维的毛细现象会破坏一滴溶液的表面张力而使其扩散开来，也不利于观察；传统方法一般以玻璃片为载液面，可以清洗反复使用，但厚度、透光度不令人满意，柔软度不够也容易碎裂。而投影胶片厚度、透光度、柔软度均比较适宜，在微型化学实验反应中适合作为平面型载液面；更因其质地细致，不易刮伤显微镜的物镜，所以适宜用高倍镜观察实验中所得的晶体。平面型载液面上参加反应的液体物质流动性较大不易稳定观察，所以需要凹槽型反应装置盛装。这种凹槽型载液面对沉淀反应的观察角度不利，却适用于产生气泡的反应观察，它将化学反应局限于一定的范围，使液体不至于流出观察区域，一般采用剖开塑料吸管或电脑接头套加工截取即可。
针对不同实验任务，还需要配备相应的常规仪器或者其替代品，比如做电解实验需要的大头针和铅笔芯电极、鳄鱼夹、导线等；为了滴加少量液体试剂，一般采用多用滴管或针筒；又由于药品用量极少，所以在半定量实验、定量实验中需要通过分析天平和电子天平精确称量反应物或产物固体的质量。
2 显微技术适用的微型化学实验
显微技术用于微型化学实验，可以于细微之处见化学反应特色，一般适用于以下几类实验：
2.1 观察化学反应的沉淀结晶
液相反应体系中产生的沉淀结晶，往往是化学实验中最关注的现象之一。在中学一般通过肉眼观察溶液中的浑浊程度，但由于体系浓度较小或其它颜色干扰，使得产物沉淀颗粒的形状和颜色的分辨较为困难。借助不同放大率的显微镜可以观察到少量沉淀的颗粒聚集程度、 晶体形状，甚至通过控制温度、浓度、声波等变量来探讨影响沉淀结晶形态的因素。
例1、碳酸钠与氯化钙（溶液，各1滴）的沉淀反应中，微型实验中药品用量仅为传统型的0.16%，但借助显微镜仍然能清晰看到碳酸钙沉淀结晶，为微小的圆形颗粒状，排布密集但不互相重叠，粒子边缘呈现白色。通过控制不同浓度因素下的观察，发现两反应物均为0.4mol·L－1浓度时，反应沉淀疏密程度较适当，透视度佳，反应时间不会太快。
例2、碘化钾和硝酸铅（溶液，各2滴）反应产生的碘化铅沉淀
该反应现象明显，常用于沉淀溶解平衡部分的演示。由于该实验中所用硝酸铅有一定毒性，所以需要减少用量。使用微型化学实验仪器可以减少药品，降低污染，微型实验所用药品用量仅为传统实验的3%左右；通过显微技术，则可以将现象放大，不影响实验效果。
据文献报道，在显微镜不同放大倍数下可以观察到少量产物碘化铅沉淀的形态，发现10倍时沉淀结晶较为细致，貌似金粉，呈现亮晶晶的金黄色；40倍放大率时观察到PbI2细小颗粒聚集在一起，3~5分钟后结晶分散，透光度较佳，此时最为适宜观察沉淀；100倍放大率观察到沉淀形态与40倍时相似，但颗粒显得较大，影象比较模糊。
2.2化学反应速率的探究
影响化学反应速率的因素探究实验是化学新课程重要实践内容之一。有的化学反应速率较慢时，在短时间之内根本无法用肉眼感受到，此时，就需要放大镜和显微镜观察不同化学反应速率的细微区别[4]。
例1. 显微化学实验观察化学反应速率与表面积的关系
在显微镜下用报废的光盘作为聚光反射之用，投影片上承载一小颗粒贝壳，滴加一滴盐酸反应。将显微镜的目镜接上电子荧屏，可以看到此时生成气泡的速率较慢，过了片刻可看见小贝壳体积明显变小；如果将一小颗贝壳在研钵中研磨成粉末，通过显微镜可以看到粉末的颗粒形态，再滴加一滴盐酸即可见大量小气泡逸出，小气泡逐渐聚集形成大气泡，在显微镜的放大作用下清晰可见。
例2. 显微化学实验观察化学反应速率与催化剂的关系
MnO2催化双氧水分解实验中，如果催化剂添加多了，会造成反应太过于剧烈，催化剂黑色颗粒散布在整个溶液中，干扰现象观察，在微型实验中，只需添加极微量的MnO2，在无色溶液中可以看到少量气泡；再添加微量MnO2，通过电子荧屏发现氧气气泡生成较快，并逐渐涨大。
2.3 微型电解实验
很多电解质溶液的电解过程常伴随着电极上有沉淀或气体的析出，或者出现电极附近溶液变色、pH发生改变等现象。电解所用药品或者反应后的废液多有污染，应该采用微型化学实验尽量减少药品消耗和废液排放，而基于显微技术的化学实验只用一两滴电解质溶液，自然将污染的可能降低到最低。笔者曾经以活动铅笔芯作为电极，对一滴紫甘蓝汁进行电解，通过肉眼可清晰看见两极附近液体颜色变化，通过放大镜或显微镜可以观察到两极有大量细小气泡的产生[5]。
3 反思与展望
由上可见，基于显微技术的微型化学实验不只是设计思路的新颖，其更多的意义体现在：
(1)消耗药品用量极少，产生废气废液也极少，将化学药品可能产生的危害降到最低，充分体现了绿色化学理念，对环境保护和减少实验室建设成本具有一定的积极意义；
(2)将显微镜应用于中学化学实验，其思路应该源自材料科学研究中常用的扫描电镜，不仅将细微难辨的实验现象加以放大、强化，使得化学反应中的奥秘更加直观、鲜明地呈现出来，更适用于固体表面结构分析以及沉淀结晶、气泡大小、溶液颜色改变等现象的观察，更易于从另一个角度揭示一些化学反应的规律；
关键词： 显微镜；微型化学实验；科学探究
文章编号：1005－6629(2008)05－0016－03中图分类号：G633.8文献标识码：C
“微型化学实验”英文翻译为“Microscale Chemical Experiments”。“microscale”一词意为极微小刻度或数值范围的，表明微型化是此类化学实验不同于普通化学实验的最大特点。我国中学所使用的微型化学实验仪器主要包括杭州师范学院、湛江师范学院等高校所开发出来的成套产品，也有在生活中、实验室里所寻找的替代品，但不论应用何种仪器所设计的微型化学实验，大多凭肉眼就能观察到实验现象。如果药品的用量减少到一两滴，或浓度降低到化学反应现象根本无法通过肉眼观察时，那么应该怎么办呢？国内外一些中学师生受到纳米科技和生物实验的启发，大胆地将显微镜应用于微型化学实验设计[1-3]。在显微技术的世界里，一滴溶液也可以呈现出包罗万象的神奇。这样创新的思路和独特的视角，非常值得实验研究推广。
1常用仪器设备
作为显微技术的核心器材，显微镜是将微小物体或物体的微细部分高倍放大，以便观察的仪器或设备。它广泛应用于工农业生产及科学研究，大致分为光学显微镜和电子显微镜，最高级的光学显微镜的分辨本领的限度约200nm(放大2000倍) ， 然它的分辨本领由于所用光波的波长而受到限制，仅在生物学和医学业务研究中使用较多，但对于一般化学实验现象的观察已足够。如果需要向班级学生演示，可采用显微镜、数码相机、数码摄影机、电子荧屏等设施，配合部分电脑零部件组装成显微聚光反射电子投影机，可将显微镜下观察到的实验现象放大，投影在电子荧屏上，只用极少的化学试剂，却能让全班同学都能观察到结果，
基于显微技术的微型化学实验仅以一两滴溶液为研究对象，达到了了微型实验“零废液污染”的目标，但用普通的微型化学实验仪器中的井穴板盛装观察很不方便；如果使用滤纸，纸纤维的毛细现象会破坏一滴溶液的表面张力而使其扩散开来，也不利于观察；传统方法一般以玻璃片为载液面，可以清洗反复使用，但厚度、透光度不令人满意，柔软度不够也容易碎裂。而投影胶片厚度、透光度、柔软度均比较适宜，在微型化学实验反应中适合作为平面型载液面；更因其质地细致，不易刮伤显微镜的物镜，所以适宜用高倍镜观察实验中所得的晶体。平面型载液面上参加反应的液体物质流动性较大不易稳定观察，所以需要凹槽型反应装置盛装。这种凹槽型载液面对沉淀反应的观察角度不利，却适用于产生气泡的反应观察，它将化学反应局限于一定的范围，使液体不至于流出观察区域，一般采用剖开塑料吸管或电脑接头套加工截取即可。
针对不同实验任务，还需要配备相应的常规仪器或者其替代品，比如做电解实验需要的大头针和铅笔芯电极、鳄鱼夹、导线等；为了滴加少量液体试剂，一般采用多用滴管或针筒；又由于药品用量极少，所以在半定量实验、定量实验中需要通过分析天平和电子天平精确称量反应物或产物固体的质量。
2 显微技术适用的微型化学实验
显微技术用于微型化学实验，可以于细微之处见化学反应特色，一般适用于以下几类实验：
2.1 观察化学反应的沉淀结晶
液相反应体系中产生的沉淀结晶，往往是化学实验中最关注的现象之一。在中学一般通过肉眼观察溶液中的浑浊程度，但由于体系浓度较小或其它颜色干扰，使得产物沉淀颗粒的形状和颜色的分辨较为困难。借助不同放大率的显微镜可以观察到少量沉淀的颗粒聚集程度、 晶体形状，甚至通过控制温度、浓度、声波等变量来探讨影响沉淀结晶形态的因素。
例1、碳酸钠与氯化钙（溶液，各1滴）的沉淀反应中，微型实验中药品用量仅为传统型的0.16%，但借助显微镜仍然能清晰看到碳酸钙沉淀结晶，为微小的圆形颗粒状，排布密集但不互相重叠，粒子边缘呈现白色。通过控制不同浓度因素下的观察，发现两反应物均为0.4mol·L－1浓度时，反应沉淀疏密程度较适当，透视度佳，反应时间不会太快。
例2、碘化钾和硝酸铅（溶液，各2滴）反应产生的碘化铅沉淀
该反应现象明显，常用于沉淀溶解平衡部分的演示。由于该实验中所用硝酸铅有一定毒性，所以需要减少用量。使用微型化学实验仪器可以减少药品，降低污染，微型实验所用药品用量仅为传统实验的3%左右；通过显微技术，则可以将现象放大，不影响实验效果。
据文献报道，在显微镜不同放大倍数下可以观察到少量产物碘化铅沉淀的形态，发现10倍时沉淀结晶较为细致，貌似金粉，呈现亮晶晶的金黄色；40倍放大率时观察到PbI2细小颗粒聚集在一起，3~5分钟后结晶分散，透光度较佳，此时最为适宜观察沉淀；100倍放大率观察到沉淀形态与40倍时相似，但颗粒显得较大，影象比较模糊。
2.2化学反应速率的探究
影响化学反应速率的因素探究实验是化学新课程重要实践内容之一。有的化学反应速率较慢时，在短时间之内根本无法用肉眼感受到，此时，就需要放大镜和显微镜观察不同化学反应速率的细微区别[4]。
例1. 显微化学实验观察化学反应速率与表面积的关系
在显微镜下用报废的光盘作为聚光反射之用，投影片上承载一小颗粒贝壳，滴加一滴盐酸反应。将显微镜的目镜接上电子荧屏，可以看到此时生成气泡的速率较慢，过了片刻可看见小贝壳体积明显变小；如果将一小颗贝壳在研钵中研磨成粉末，通过显微镜可以看到粉末的颗粒形态，再滴加一滴盐酸即可见大量小气泡逸出，小气泡逐渐聚集形成大气泡，在显微镜的放大作用下清晰可见。
例2. 显微化学实验观察化学反应速率与催化剂的关系
MnO2催化双氧水分解实验中，如果催化剂添加多了，会造成反应太过于剧烈，催化剂黑色颗粒散布在整个溶液中，干扰现象观察，在微型实验中，只需添加极微量的MnO2，在无色溶液中可以看到少量气泡；再添加微量MnO2，通过电子荧屏发现氧气气泡生成较快，并逐渐涨大。
2.3 微型电解实验
很多电解质溶液的电解过程常伴随着电极上有沉淀或气体的析出，或者出现电极附近溶液变色、pH发生改变等现象。电解所用药品或者反应后的废液多有污染，应该采用微型化学实验尽量减少药品消耗和废液排放，而基于显微技术的化学实验只用一两滴电解质溶液，自然将污染的可能降低到最低。笔者曾经以活动铅笔芯作为电极，对一滴紫甘蓝汁进行电解，通过肉眼可清晰看见两极附近液体颜色变化，通过放大镜或显微镜可以观察到两极有大量细小气泡的产生[5]。
3 反思与展望
由上可见，基于显微技术的微型化学实验不只是设计思路的新颖，其更多的意义体现在：
(1)消耗药品用量极少，产生废气废液也极少，将化学药品可能产生的危害降到最低，充分体现了绿色化学理念，对环境保护和减少实验室建设成本具有一定的积极意义；
(2)将显微镜应用于中学化学实验，其思路应该源自材料科学研究中常用的扫描电镜，不仅将细微难辨的实验现象加以放大、强化，使得化学反应中的奥秘更加直观、鲜明地呈现出来，更适用于固体表面结构分析以及沉淀结晶、气泡大小、溶液颜色改变等现象的观察，更易于从另一个角度揭示一些化学反应的规律；