软化学与绿色化学yd13620
摘自：张克立编著《研究生教学用书 固体无机化学》2005年01月第1版
资料来源：SS号:11393095
【提要】本书的内容包括：晶体结构、固溶体、固体物质的合成与制备、热分析、固体的扩散和表面化学、相平衡和相转变、固相反应、固体的磁性质、固体无机材料及其设计等。本摘录仅取其对软化学与绿色化学的理念与探讨领域。
软化学和绿色合成方法
1、软化学的含义
20世纪70年代初，德国化学家舍费权H．schafer)对制备无机固体化合物
及其材料的两种化学方法进行了比较。一种是传统上用来制备陶瓷材料的高温固相反应法，另一种是在较低温度下通过一般化学反应制备无机固体化合物及材料的方法。他指出：前种方法在“硬环境”中进行，所得到的无机固体化合物及材料必须是热力学平衡态的：后者则是在较低温度的“软环境”中进行，可以得到具有“介稳”结构的无机固体化合物及材料体系，从而更有应用前景。为此，法国化学家创造了一个颇具想像力的术语——chemie douce，即“软化学”，用以描述后一种无机固体化合物及材料的制各方法。显然，软化学是相对而言的。通常，我们把在极端条件下如超高压、超高温、超真空、强辐射、冲击波、无重力等进行的反应称之为硬化学hard chemistry)反应：而将在温和条件下进行的反应如先驱物法、水热法、溶胶凝胶法、局部化学反应、流变相反应、低热固相反应等称之为软化学(soft chemistry)方法。软化学这一概念己为固体化学界和材料科学界普遍接受，广泛地见之于一些学术文献，在近些年己成为多种文献检索系统的关键词，并成为无机制备和材料合成化学的研究热点。
2．软化学的特点
软化学开辟的无机固体化合物及材料制备方法正在将新无机固体化合物及材料制备的前沿技术从高温、高压、高真空、高能和高制备成本的方法中解放出来，进入一个更宽阔的空间。显然，依赖于“硬环境”的方法必须有高精尖的设备和大的资金投入：而软化学提供的方法依赖的则是人的知识、技能和创造力。因而可以说，软化学是一个具有智力密集型特点的研究领域。
软化学是在较温和条件下实现的化学反应过程。因而，易于实现对其化学反应过程、路径、机制的控制。从而，可以根据需要控制过程的条件，对产物的组分和结构进行设计，进而达到剪裁其物理性质的目的。正因为材料和固体化合物(产物)形成于相对较低的温度，故可使一些在高温下不稳定的组分存在于固体化合物及材料之中，或形成具有介稳态的结构。这样，便有可能在同一固体化合物(P107)及材料体系中实现不同类型组分(如纳米粉体聚合物、无机物有机物、陶瓷—金属、无机物—生物体)的复合。也有可能获得一些用高温固相反应与物理方法难以得到的低熵、低焓或低对称性的固体化合物及材料，特别是一些具有特殊结构或形态的低维材料体系。
软化学与其说是一门新的学科，不如说是一种新的材料和固体化合物制备的思路。在这种思路下产生了一系列新型材料和固体化合物的制备技术，主要有；先驱物法、溶胶—凝胶法、水热法、熔体(助熔剂)法、局部化学反应、低热固相反应、流变相反应等。这些方法有时并无严格界限，实际应用时又可能是交叉的。这些方法有时也具有高效、节能、经济、洁净的环境友好的绿色无机合成方法。
用软化学方法合成新型固体化合物及材料的优点，引起化学和材料科学界的重视。随心所欲的设计和剪裁材料和固体化合物的结构和性能，这一梦想将随软化学的崛起而成为可能，无疑将对21世纪的高技术产生深远的影响。
3．绿色化学
a．绿色化学的产生。伴随着一个世纪以来的工业文明，化学学科取得了巨大的进步，创造了辉煌的业绩。目前一些重大的基本工业生产过程许多都是基于化学过程，如钢铁冶金、水泥陶瓷、石油化工、酸碱肥料、塑料橡胶、合成纤维、农药医药以及日用化妆品等精细化学品概莫能外。然而与此同时，化学物质的大规模生产和广泛使用，使得全球性的生态环境问题日趋严重，在经过千方百计的末端治理效果不佳的情况下，国际社会重新审视已经走过的环境保护历程，提出了绿色化学的概念。所谓绿色化学(green chemistry)又称环境无害化学(en-vironmentally benign chemistry)、环境友好化学environmentally friendly chemistry)、清洁化学(clean chemistry)。在绿色化学基础上发展的技术称环境友好技术(environmentally friendly technology)或洁净技术c1ean technology)。它是针对传统化学对环境造成污染而提出的新概念，是利用化学原理从根本上减少或消除传统工业对环境的污染。它的主要特点是“原子经济性”，即在获取新物质的转换过程中充分利用原料中的每个原子，实现化学反应中废物的“零排放”。因此既可以充分利用资源，又不污染环境，它完全不同于现有的末端污染治理，是解决环境与生态问题的根本出路，是人类实现可持续发展的明智选择。它不
但追求环境的保护，而且也追求经济的最优化。由于可以充分利用原料的所有物质，从而更有可能创造出高附加值产品。因此绿色化学可以看做是进入成熟期的更高层次的化学。
b．绿色化学的原则。就绿色化学的新概念P.T.Anastas和J.C.Waner提出了12条原则：
(1)防止污染优于污染治理
(2)原子经济性。即设计的合成方法应使生产过程中所采用的原料最大限度地进入产品之中。
3)绿色合成。设计合成方法时，只要可能，无论原料、中间产物和最终产物，均应对人体健康和环境无毒、无害(包括极小毒性和无毒)。
(4)设计安全化学品。化工产品设计时，必须使其具有高效的功能，同时也要减少其毒性。
(5)选用无毒无害的溶剂和助剂。应尽可能避免使用溶剂、分离试剂等助剂，如不可避免，也要选用无毒无害的溶剂和助剂。
(6)合理使用和节约能源。合成方法必须考虑过程中能耗对成本和环境的影响，应设法降低能耗，最好采用常温常压下的温和合成方法。
(7)采用可再生资源合成化学品。在技术可行和经济合理的前提下，原料要采用可再生资源代替消耗性资源。
(8)减少化合物不必要的衍生化步骤。在可能的条件下，尽量减少副产物。
(9)催化。在合成方法中采用高选择性的催化剂比使用化学计量(stoichiometrie)助剂更优越。
(10)设计可降解化学品。化工产品要设计成在其使用功能终结后，它不会永存于环境中，应能分解成可降解的无害产物。
(11)防止污染的快速检测和控制。进一步发展分析方法，对危险物质在生成前实行在线监测和控制。
(12)减少或消除制备和使用过程中的事故和隐患。选择化学生产过程的物质，使化学意外事拟包括渗透、爆炸、火灾等)的危险性降低到最小程度。
这12条原则目前为国际化学界所公认，它也反映了近年来在绿色化学领域中所开展的多方面的研究工作内容，同时也指明了未来发展绿色化学的方向。就以上原则，可概括为八个字：高效、节能、经济、洁净。这是绿色化学的鲜明特点。
4．绿色化学和软化学的关系
绿色化学和软化学关系密切，但又有区别。软化学强调的是反应条件的温和与反应设备的简单，从而达到了节能、高效的目的，在某些情况下也是经济、洁净的，这是和绿色化学相一致的。而在有些情况下，它并没有解决经济、洁净的问题。绿色化学是全方位的要求达到高效、节能、经济、洁净。可以预见，软化学和绿色化学将会逐渐趋于统一。