自然辩证法与微波合成技术的发展

自然辩证法与微波合成技术的发展

理学院化学工程李郭成632085216132

摘要：本文以自然辩证的观点探讨了微波合成技术的发展历程,运用自然辩证法的基本理论、基本方法,系统分析了微波合成技术的发展历史、现状和未来，并对其的发展趋势和未来模式做了探索性研究和预测,同时以哲学的观点阐述其发展的因果关系,揭示其事物发展的共性问题。

关键词：自然辩证法、微波合成、微波反应器

1 前言

自然辩证法就是用唯物辩证法的观点和方法研究自然界发展的最一般的规律，研究人类认识自然界的最一般的规律和方法，研究自然科学发展的最一般的科学。辩证法对自然科学来说，是一种重要的思维形式，因此，我们在学习自然科学时，要善于发掘自然科学中富含的自然辩证法。微波合成技术是一项新型有机合成技术，在近几年的时间内技术日趋成熟，其内容充满了丰富的辩证法，我们也要用自然辩证法来不断推动微波合成技术的发展与完善。

2 推进自然科学的进步———当代自然辩证法

自然辩证法是马克思主义对于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识自然改造自然的一般方法的科学,是辩证唯物主义的自然观、科学技术观、科学技术方法论。它主要研究自然界发展的总规律,人与自然相互作用的规律,科学技术发展的一般规律,科学技术研究的方法，其研究目的就是为了合理地处理人与自然的矛盾[1]。它集中研究自然界和科学技术的辩证法,是唯物主义在自然界和科学技术领域中的应用,它的原理和方法主要适用于自然领域和科学技术领域。学习和运用自然辩证法将有助于我们搞清科学和哲学的关系,从而更加清楚地认识科学的本质和发展规律,更加全面的观察思考问题,只有加深了认识,我们才能更好地发挥主观能动性,迎接新的科学技术的挑战。

在这里，我们主要谈的是在比较系统的学习了《自然辩证法》的课程后，结合我们自己的学科知识，对自然辩证法在学科学习中的理论意义和实践操作中的指导作用作了简要的说明。而作为化学工程相关专业，微波有机合成技术是非常重要的知识，对于我国的化学学科和经济发展起着很重要的作用。

3 微波合成技术的发展

3.1 微波合成技术简介

在微波辐射作用下，微波能对于试样的耗散是通过偶极旋转和离子传导两种机理来实现的。偶极旋转是指那些具有永久偶极或在电磁场中能产生诱导偶极的分子，通过微波辐射，从相对静态转变为动态，分子偶极以每秒数十亿次的高速旋转产生热效应，偶极产生的热效应取决于介质的驰豫时间。而离子传导是指介质中存在的自由移动的离子，处在电磁场中即产生离子迁移电流，热量随着电流(IR2)的损失而产生热效应的大小取决于离子大小、电荷量、离子的迁移率以及它们与溶剂的关系。

在微波场中，这两种机理是共存的。一般说来，离子化合物中离子的传导占主要地位;而共价化合物中，起更大作用的是偶极旋转由于微波加热具有以上的机制[2]，所以与常规加热方式相比，它具有以下的优越性：加热速度快，不需传热过程，可以内外加热，加热比较均匀，热效率高，无惯性等[3] 。

3.2 微波合成技术机理

微波对不同的反应体系作用不同：它既可对物质进行加热，又可使物质的微观结构发生细微的变化,它既可加快反应速度，促进某些反应的进行，又能延缓某些反应的进行，减少一些副反应的发生。微波对反应体系的作用非常复杂，其机理到目前为止还不是很清楚。归纳起来，主要有以下几个方面。

3.2.1 微波热效应

对有机物而言，它们在电磁场的作用下可产生4种介电极化，即电子极化、原子极化、取向极化和界面极化。在这4种极化中，与微波电磁场的变化速度相比，前两种极化要快得多，而后两种极化的时间与微波的频率相近，分子便从原来的热运动状态转为跟踪微波电磁场的交变而排列取向，分子急剧振动、摩擦而产生热效应。在这一过程中，电场能量深入到有机物内部，直接作用于有机分子，将微波能量转化为有机物内的能量进行加热，使有机物温度升高。因此，微波加热是有机物自身耗损电磁能量而加热，即介电加热，这种加热可以使反应速率提高数倍、数10倍甚至上千倍[4]。

3.2.2 微波诱导催化反应

许多有机化合物不直接明显地吸收微波，但可以利用某种强烈吸收微波的“敏化剂”把微波能传递给这些物质而诱发化学反应。如果选用这种“敏化剂”做催化剂或催化剂载体，就可以在微波照射下实现某些催化反应，这就是所谓的微波诱导催化反应。与加热效应不同的是，微波诱导催化反应是通过催化剂或其

载体发挥诱导作用的，即消耗掉的微波能用在诱导催化反应的发生上[5]。

3.3 用自然辩证法观点看微波合成技术的发展

自然辩证法认为，事物的发展是一个过程。一切事物，只有经过一定的过程才能实现自身的发展。自然界、人类社会和思维领域中的一切现象都是作为一个过程而向前发展的。微波合成技术的发展就是这么一个过程。从历史上看，微波化学学科的产生源于微波等离子体化学的研究。最早在化学中利用微波等离子体的报道始于1952年，当时Broida等人采用形成微波等离子体的办法以发射光谱法测定了氢一氘混合气休中氘同位素的含量，后来他们又将这一技术用于氮的稳定同位素的分析，从而开创了微波等离子体原子发射光谱分析的新领域。微波等离子体用于合成化学与材料科学则是1960年以后的事，其中最成功的实例包括金刚石、多晶硅、氮化硼等超硬材料，有机导电膜，蓝色激光材料c-GaN，单重激发态氧O2的合成；高分子材料的表面修饰和微电子材料的加工等，其中不少现已形成了产业。1970年。Harwell使用微波装置成功地处理了核废料。1974年Hesek等利用微波炉进行了样品烘干；次年，有人用它作生物样品的微波消解并取得了很大成功，现在这一技术己经商品化并作为标准方法被广泛用于分析样品的预处理。

微彼技术用于有机合成化学始于1986年，Gedye等首先发表了用微波炉来进行化学合成的“烹饪实验”文章，以4-氯代苯基氧钠和苄基氯反应来制备4-氯代苯基苄基醚。传统的方法是将反应物在甲醇中回流12h，产率为65％；而用微波炉加热方法，置反应物和溶剂于密闭的聚四氟乙烯容器中，在560W时，仅35s使能得到相同产率的化合物，其反应速率可以快1 000倍以上[6]。这一在微波沪中进行的有机反应的成功，导致在其后的短短四五年内，辐射化学领域中又增添了一门引人注日的全新课题——MORE化学( Micro-wave-Induced Organic Reaction Enhancement Chemistry)。此后微波技术在有机化合物的几十类合成反应中也都取得了很大成功。

事物的联系和发展都采取量变和质变两种状态和形式。质是一事物区别于其他事物的内在规定性。量是事物的规模、程度、速度等可以用数量关系表示的规定性。事物的量和质是统一的，量和质的统一在度中得到体现。度在保持事物质的稳定性的数量界限，即事物的限度、幅度和范围，度的两端叫关节点或临界点，超出度的范围，一物就转化为他物。微波技术的发展就是在量变的基础上最终完成的质变。微波技术在无机固相反应中的应用是近年来迅速发展的一个新领域，

为制备新型的功能材料与催化剂提供厂方便而快速的途径和方法;微波技术已广泛应用于陶瓷材料(包括超导材科)的烧结、同体快离子导体、超细纳米粉体材料、沸石分子筛的合成等。在催化领域，由于Al2O3，SiO2等无机载体不吸收微波，微波可直接传送到负载于载体表面的催化剂上并使吸附其上的羧基、水、有机物分子激话，从而加速化学反应的进行。已研究过的催化反应有甲烷合成高级烃类、光合作用的模拟和酸气污染物的去除等。在分析化学、提取化学方面，用微波进行了样品溶解[7]。在蛋白质水解方面，采用微波技术建立了一种快速、高效的新方法。在大环、超分子、高分子化学方面，开展了采用微波法制备一些聚合物的研究工作。

3.4 自然辩证法对微波合成技术的推动作用

微波合成技术作为有机合成的一个重要组成部分，主要是作为一项调节人与自然关系的实践活动，它的目的就是在满足人类对大自然中某些物质需要而被人类创造和发明出来的。人类需要对化工资源的合理利用来满足人类文明的发展，同时在伴随着发展人类文明的情况下，我们才能正确的保护我们赖以生存的大自然。在有机合成行业之中，每一步设计和操作技术无处不与自然辩证法紧密的联系在一起，只有通过马克思主义自然辩证法的思想，人类和自然界的矛盾才会降低到最小，才能在从自然体内提取物质来满足人类的需要的同时来呵护大自然。

随着20世纪科学技术的迅猛发展，当代自然辩证法越来越呈现出科学技术哲学的指导性；创新精神是当代自然辩证法的题中之义，自然辩证法是创新的产物且处于不断创新之中，创新是自然辩证法的精神实质和目标追求，表现在自然辩证法创立的目的、方法论功能所蕴含的创新机理以及它曾经和正在引导科学家的创新等方面[8]。

我们要充分学习、掌握好自然辩证法的精髓，并且正确运用到实际的科学创新与发展中去，只有这样，才能使微波合成技术日趋成熟与完善，才能推动国家科学技术的迅猛发展。

4 小结

在新世纪，全世界都在倡导创新意识，创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭之力。在当代新技术革命蓬勃兴起中国与世界经济科技接轨，国际竞争日益激烈的条件下，大力开发科技人才的创造力，是关系我们民族兴衰的头等大事。自然辩证法，责无旁贷地担负起帮助科技人才树立正确的自然观，科技观，人生观，价值观的重要任务，担负起培养、提高科技人才创造性思维能力

的重大责任，这是国家和历史的重大使命。充分运用自然辩证法来推动科学技术的进步与发展，不仅仅是对于微波合成技术有益，也对完成中华民族伟大复兴有益。

参考文献

[1] 恩格斯.自然辩证法[M].于光远等译编.北京：人民出版社,1984.329-331.

[2] H. M. Kingston, L. B. Jassie,(郭振库等译)，《分析化学中的微波制样技术-原理及应用》，高等教育出版社，2001:13.

[3] 李绪益，林志，《电磁场与微波技术》（下），华南理工大学出版社, 2007：364.

[4] 金饮汉，戴树珊，黄卡玛，微波化学，北京：科学出版社，1999.120～146.

[5] 罗军 ,蔡春 ,吕春绪,合成化学,2002,10(1):17～24.

[6]陆模文 ,胡文祥 ,恽榴红等.有机化学,1995,15:561～566.

[7]张寒琦 ,金钦汉,微波化学,大学化学,2001(2):32～36.

[8]奉公,彭光华,加强自然辩证法课程的素质教育[J].北京:自然辩证法研究, 1998(2).