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深中博士讲堂 | 罗天挚:化学之美

2021-03-15

在深中新校区鸟语花香的春光里,深中博士讲堂第二期在成德楼203顺利开讲。本次主讲老师是罗天挚博士,讲座题目为“化学之美”。

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罗天挚老师是美国特拉华大学材料科学与工程专业博士、博士后,深圳市“孔雀计划”海外高层次人才,从事化学相关研究8年,有着深厚的学术素养。 

目前,罗老师担任威尼斯81138app下载高二年级化学教师,开设《Amazing Materials:神奇的新材料》校本选修课。因其课堂生动活泼,深受同学们的喜爱。此外,罗老师还是威尼斯81138app下载学长团指导老师。

“化学是研究物质及其变化规律的学科。”对大多数同学来说,或许这只是很普通的一句话,而罗老师正是从这么一句“普通”的话中,为我们点出化学三类无与伦比的美丽:“精致细密的构造之美”“鬼斧神工的变化之美”“大道至简的规律之美”。

讲座开始,罗老师展示了“世界上最小的电影”——《A Boy and His Atom》。略显“简陋”的影片中,一个由数十个原子勾勒出的男孩和一个原子成为朋友,一同跳舞、蹦床。影片结束,当罗老师告诉大家,这是IBM科学家采用复杂而精密的扫描隧道显微镜,在-268 ℃的环境下,处理原子位置所拍成的动画短片时,举座无不惊叹。科学的发展真正具象了几百年前诗人纯真的思考:“一颗沙里看出一个世界,一朵野花里一座天堂。”

接下来,罗老师以自己在哈佛大学地质博物馆感受过的震撼为引,向大家展示数种光怪陆离的矿物晶体照片。从平日里司空见惯的碳酸钙,到鲜少接触的钠沸石,针状的、海绵状的、葡萄状的,形态各异,流光溢彩。与矿物晶体的光彩一同流进同学们眼中的,是物质的结构之美,亦是化学的精美。

物质的变化无疑是化学中最为绚烂夺目的一部分。接续晶体的话题,罗老师展示金属与盐溶液发生置换反应时生成结晶的过程。五颜六色的结晶向四面八方生长,“显微镜下,一个置换反应换一片森林”,罗老师如是说。金属钠放入水中,直接观察,产生“浮溶游响红”的现象。然而,如果我们通过热成像观察,钠就摇身一变,成为一朵横冲直撞的艳火,烧亮一大片原本暗淡的背景。

展示不同氢氧化物的沉淀之前,罗老师笑谈道:“沉淀不只是一个黑色的箭头”。跟随罗老师的脚步,同学们欣赏了色彩斑斓的氢氧化物沉淀,燃烧时交织的火焰,姿意生长、优雅绽放的电化学沉积,以及“法老之蛇”“化学花园”等等神奇的实验。几百条方程式被印在教科书里,但唯有亲眼注视着不同物质之间激烈的转化,同学们才得以深刻地感知:化学变化咫尺远近却无比惊艳,尽情展现鬼斧神工的变化之美——化学,不仅精美,更有壮美。

讲座的最后一部分,化学“大道至简的规律之美”。罗老师指出,物质性质的差异由元素性质的差异决定,元素性质的差异又由核外电子的排布决定,而核外电子排布,则由原子序数决定。归根结底,我们所知所感的万千不同,都取决于元素原子核内质子数量的不同。

接着,罗老师从巴尔末和他对氢元素特征谱线的数学研究讲起,当巴尔末公式出现在屏幕上时,同学们纷纷为其计算过程的艰难和最终形式的简洁与美丽感叹。接下来,罗老师介绍了元素周期表中各层元素数量的由来,以及元素周期表的分区规则。罗老师提醒同学们,我们在高中课堂上花几分钟就学到的结论,可能是几代科学家历经百年求索得到的智慧结晶。

至此,讲座接近尾声。罗老师播放了一段由哈佛大学制作的“The Inner Life of the Cell”动画。微观视角下,细胞层面细致而繁忙的生命活动尽在眼前,顿时整个礼堂陷入了深深的感动与敬畏。最终,罗老师以一段话与同学们共勉:

“人类征服了原子,创造了芯片,建造了奇观,征服了地球,走向了太空,却造不出一个细胞。让我们一起,向生命致敬!”


深中博士讲堂 | 罗天挚:化学之美

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