分子模拟实验课程建设的探索与实践

We put forward the idea of building a molecular simulation experiment course. After two-year teaching practice, we write the experiment textbook which not only covers the classic experimental projects, but also includes the frontier hot issues, and open exploration experiment. This article summarizes the teaching requirements, basic content, assessment methods, the initial achievements made so far and the prospects for the future.     

十二烷基苯磺酸钠在SiO2表面聚集的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在无定形SiO2固体表面的吸附. 设置不同的水层厚度, 观察固液界面和气液界面吸附的差异. 模拟发现表面活性剂分子能够在短时间内吸附到SiO2表面, 受碳链和固体表面之间相互作用的影响形成表面活性剂分子层, 并依据吸附量的大小形成不同的聚集结构; 在水层足够厚的情况下, 由于有较多的表面活性剂分子吸附在固体表面,从而形成带有疏水核心的半胶束结构; 计算得到的成对势表明极性头与钠离子或水分子之间的结合或解离与二者之间的能垒有关, 解离能垒远大于结合能垒, 引起更多Na+聚集在极性头周围而只有少数Na+存在于溶液中; 无论气液还是固液界面, 极性头均伸向水相, 与水分子形成不同类型的氢键. 模拟表明, 分子动力学方法可以作为实验的一种补充, 为实验提供必要的微观结构信息.     

第51届国际化学奥林匹克试题(理论部分)

2019年7月21日至30日,第51届国际化学奥林匹克竞赛(IChO)在法国巴黎举办。来自全世界80个国家和地区的300名选手参加了这次比赛。经过各5小时的实验和理论考试,共决出196枚奖牌--金牌37枚,银牌64枚,铜牌95枚。中国代表队何流X?/(浙江杭州学军中学)、邓子杰(河北衡水第一中学)、杨景程(湖南长沙市第一中学)、陈劭炎(山东省广饶县第一中学) 4名选手发挥出色,获得三金一银的优异成绩。其中,何流总分第一、实验(满分)与另两位选手并列第一,邓子杰总分第二、理论成绩第一,获得国际纯粹与应用化学联合会设置的特别奖(IUPAC PRIZE)。IUPAC主席、中国化学会监事长周其凤院士应邀参加闭幕式,为选手颁奖。受中国科协委托,中国化学会委派北京大学化学与分子工程学院裴坚教授担任领队,山东大学化学与化工学院宋其圣教授担任副领队,北京大学化学与分子工程学院王颖霞教授、山东大学化学与化工学院张斌教授作为科学观察员,共同承担比赛期间繁重的试题翻译、试卷评判和分数协调等工作。中国科协青少年科技中心作为全国中学生学科奥林匹克竞赛主管部门,承担着国际奥林匹克学科竞赛中国组委会秘书处的重要职责,中心工作人员曾筝观摩了比赛;中国化学会作为我国化学奥林匹克竞赛的组织单位,委派中国化学会化学竞赛委员会主任北京大学段连运教授观摩比赛并为申办工作提供指导;南开大学朱守非教授、梁广鑫教授和郭东升教授观摩比赛并代表中国化学会向国际化学奥赛组委会提出申请并进行答辩,为我国获得了2022年IChO的举办权。兹将本届国际化学奥林匹克理论试题及实验试题中文版刊出,以飨读者。为最大程度展示试题原貌,编辑保持试题内容不变,仅对其格式做了少量修改。此外,由于篇幅所限,删除了部分常数列表及答题卡,完整版详见"补充材料"(可通过网站http://www.dxhx.pku.edu.cn免费下载)。     

十二烷基苯磺酸钠在SiO2表面聚集的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在无定形SiO2固体表面的吸附.设置不同的水层厚度,观察同液界面和气液界面吸附的差异.模拟发现表面活性剂分子能够在短时间内吸附到SiO2表面,受碳链和固体表面之间相互作用的影响形成表面活性剂分子层,并依据吸附量的大小形成不同的聚集结构;在水层足够厚的情况下,由于有较多的表面活性剂分子吸附在固体表面,从而形成带有疏水核心的半胶束结构;计算得到的成对势表明极性头与钠离子或水分子之间的结合或解离与二者之间的能垒有关,解离能垒远大于结合能垒,引起更多Na+聚集在极性头周围而只有少数Na+存在于溶液中;无论气液还是固液界面,极性头均伸向水相,与水分子形成不同类型的氢键.模拟表明,分子动力学方法可以作为实验的一种补充,为实验提供必要的微观结构信息.     

拔尖计划特色课分子模拟实验中的思政案例设计

为充分发挥课程育人功能,全面提升化学专业拔尖学生的家国情怀、社会责任、科学素养以及创新意识和综合能力,我们对分子模拟实验课程中的思政元素进行了广泛挖掘,本文主要对课程思政的设计理念和具体案例进行了介绍。     

基于网络信息技术构建医学基础化学智慧课堂教学模式*

遵循“以需求为中心、以学生为中心、以学习为中心”的教学理念,针对医学基础化学的特点,将网络信息技术贯穿于教材体系建设、教学方法创新、考核方式改革等教学全过程。研究探索了一种智慧课堂教学新模式,对培养新时代创新性医学人才发挥了重要作用。     

化学专业拔尖学生实验教学体系的探索与实践

介绍了山东大学化学学科拔尖学生实验教学体系的探索与实践,在实验教学体系、教学内容、教学方法、师资建设四个方面总结了近十年来课程改革及实施成效,探索适应化学拔尖人才培养的实验课程体系和运行机制。     

分子间弱相互作用的计算——构建氢键、卤键势能面

介绍一个面向大三下学期本科生的计算化学实验。通过量子化学计算对比研究两种分子间弱相互作用——氢键和卤键的势能面,使学生对势能面的概念及两种弱相互作用的区别有一定的直观认识。通过实际上机操作,初步了解Gaussian、Gaussview及Origin等计算化学相关软件的使用,并深入理解结构化学及计算化学课程中所学的理论知识。     

使用变温原位X射线衍射技术认识氧化铜在氢气和一氧化碳气氛下的物相变化*

实验与理论相结合是化学专业教与学的原则。通过运用原位X射线衍射技术(in-situ XRD)探究氧化铜在氢气和一氧化碳气氛下的还原,结果发现无论在氢气或一氧化碳气氛下,从300 ℃开始,氧化铜逐渐被还原为氧化亚铜和铜单质,且该3种物相同时存在。直至温度升至450~500 ℃时,所有的氧化铜和氧化亚铜全部变为了铜单质。实验结果表明氧化铜的还原并非是一个由CuO → Cu2O → Cu逐步还原的单一过程,理论上可以得到的纯氧化亚铜物相在实验过程中并未得到,对此结果进行了分析。另外,将大型仪器尤其是原位表征技术推广到本科教学中具有重要意义。     

吩噻嗪与四甲基哌啶氧铵正离子的电子转移反应动力学研究

以Marcus半经典电子转移理论为基本框架, 改进了重组能的计算方法, 建立了一套研究自交换和交叉电子转移反应的理论方案。用密度泛函理论和半经验分子轨道理论具体研究了四甲基哌啶氧铵正离子与吩噻嗪在乙腈溶液中的交叉电子转移反应以及相应的2个自交换反应的动力学性质, 计算了反应的活化能、重组能、耦合矩阵元等有关参数,获得了和实验结果相一致的电子转移速率常数。