数字化技术在顺(反)式二甘氨酸合铜配合物制备实验中的应用与创新设计

摘要

顺(反)式二甘氨酸合铜制备实验是几何异构配合物制备的经典化学实验。通过引入量子化学计算和颜色识别技术对该实验进行了创新设计，解决了该实验现象易观测而微观机制难理解，以及反应终点不易控制、产率不高等问题。运用量子化学软件Gaussian 09及其可视化工具GaussView，采用密度泛函理论(DFT)对顺、反式二甘氨酸合铜分子的几何结构、能量、偶极矩以及静电势等参数进行计算，使学生初步掌握运用量子化学计算方法求算几何异构配合物分子的思路和方法，进而从微观层面深入理解顺反异构体之间的差异性。同时，基于C++编程语言与OpenCV库，通过机器视觉技术搭建一个颜色识别系统，利用摄像头捕捉反应区域图像，结合HSV颜色空间模型分析溶液颜色变化，实现对顺式二甘氨酸合铜异构化生成反式二甘氨酸合铜反应过程中溶液颜色变化的实时监控及自动识别与判断，精确监测反应终点。将量子化学计算与颜色识别技术有机结合并融入实验教学内容中，有助于学生更为深入地理解分子结构与性质之间的内在联系，大幅提高实验数据的精准度与可信度。同时能有力增强学生的科学思维能力、跨学科综合运用能力，切实提升学生在数智化领域的应用水平。

关键词

二甘氨酸合铜 / 几何异构 / 密度泛函理论 / 颜色识别 / 数智化