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1、單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,第二章 物質(zhì)的化學(xué)組成和聚集狀態(tài),工程化學(xué)基礎(chǔ),1,本章內(nèi)容提要,物質(zhì)是由原子、離子、分子等原子的結(jié)合態(tài)組成的，根據(jù)組成物質(zhì)的元素的種類的不同，可以將物質(zhì)分為無機(jī)物和有機(jī)物兩大類。,原子、分子及其結(jié)合態(tài)因其所處條件不同，他們又可分成單質(zhì)、簡(jiǎn)單化合物、配合物、高分子化合物、金屬有機(jī)化合物等。在一定條件下，他們可以聚集成固體、液體和氣體等宏觀狀態(tài)，表現(xiàn)出不同的性質(zhì)、功能和用途。,2,目錄,2. 1 物質(zhì)的化學(xué)組成,2. 2 固 體,2. 3 液體和液晶,2. 4 氣體和等離子體,3,2. 1 物質(zhì)的化學(xué)組成

2、,學(xué) 習(xí) 要 求,1聯(lián)系實(shí)例，理解配位化合物、高分子化合物組成中的基本概念和命名原則，能寫出一些常見配合物和高分子的化學(xué)式。,2認(rèn)識(shí)物質(zhì)化學(xué)組成的復(fù)雜性，了解 C,60,等團(tuán)簇和,Si：H，F(xiàn)e,3,C 等非整比化合物、不符合正?；蟽r(jià)規(guī)則的物質(zhì)的存在及其工程應(yīng)用。,3認(rèn)識(shí)金屬有機(jī)化合物，比較 MCC 鍵和 MOC 鍵鍵能大小，了解其工程應(yīng)用。,4了解蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的化學(xué)組成，能分別寫出23 種堿基、氨基酸的化學(xué)式，理解 DNA、RNA、蛋白質(zhì)在遺傳信息傳遞過程中的作用，了解生物大分子的應(yīng)用和開發(fā)前景。,5聯(lián)系實(shí)例，理解物質(zhì)的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)是決定其性能和應(yīng)用的基礎(chǔ)。,4,物質(zhì),實(shí)物,

3、場(chǎng),無機(jī)物,有機(jī)物,單質(zhì)及簡(jiǎn)單化合物(氧化物、酸、堿、鹽),復(fù)雜化合物(配合物、團(tuán)簇、超分子),無機(jī)高分子(無機(jī)固體材料等),簡(jiǎn)單化合物(烴及其衍生物、醇、醛、羧酸、酯等),有機(jī)高分子,天然高分子(糖類、DNA、蛋白質(zhì)等),合成高分子(合成塑料、橡膠、纖維),復(fù)雜化合物(超分子),金屬有機(jī),物質(zhì)的分類,5,配合物是以金屬正離子(或中性原子)作為中心，有若干個(gè)負(fù)離子或中性分子按一定的空間位置排列在其周圍形成的復(fù)雜化合物。處于配合物中心位置的正離子或中性原子稱為,配位中心,(中心體或形成體)，也稱,中心離子,或,中心原子,。按一定空間位置排列在配位中心周圍的負(fù)離子或中性分子稱為,配位體,，,簡(jiǎn)稱配

4、體。中心離子和配位體之間靠,配位鍵,結(jié)合。,英語中稱做：Coordination Compound，意為“協(xié)同化合物”,或 Complex Compound，意為“復(fù)雜化合物”。譯成“配合物”或“絡(luò)合物”,定義,一、 配位化合物,6,Pt,(NH,3,),4,(NO,2,) Cl, CO,3,中,心,離,子,內(nèi)界,(配離子),外,界,K,4,Pt,Cl,6,外,界,內(nèi)界,(配離子),配,位,體,中,心,離,子,配位原子,配位體,概念說明,7,配位化合物的,命名,H,2,Zn (OH),2,C1,2,二氯二羥合鋅()酸,Na,2,Mg Y,乙二胺四乙酸合鎂()酸鈉,K,4,Pt Cl,6,六氯合

5、鉑()酸鉀,K,2,Hg I,4,四碘合汞()酸鉀,Co (NH,3,),3,(H,2,O) C1,2, Cl,氯化二氯一水三氨合鈷(),Cu (NH,3,),2,(CH,3,COO) Cl,氯化乙酸根二氨合銅(),Cu (en),2, SO,4,硫酸二乙二胺合銅(),Co,2,(CO),8,八羰合二鈷(0),Cr (C,6,H,6,),2,二苯合鉻(0),8,CaY,2,配離子,多齒配體與螯合物,復(fù)雜多元有機(jī)酸根、多元胺等常常含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的配位原子，它們作為配位體時(shí)稱為,多,齒配體,。多齒配體與中心離子形成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物又稱,螯合物,，螯合物的穩(wěn)定性很強(qiáng)。,9,反式-二氯二氨合鉑

6、(),順式-二氯二氨合鉑(),例如,具有抗癌活性,無活性。,配合物的結(jié)構(gòu)與性能,螯合物的穩(wěn)定性很強(qiáng)是因?yàn)?螯合效應(yīng),的結(jié)果。即多齒配體與中心離子形成了環(huán)狀結(jié)構(gòu) 。結(jié)構(gòu)對(duì)配合物的性質(zhì)有很大影響。具有相同化學(xué)組成的配合物往往有不同的空間結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出不同的性能。,10,團(tuán)簇是指由幾個(gè)至上千個(gè)原子、分子或其結(jié)合態(tài)粒子聚集而形成的相對(duì)穩(wěn)定的介觀聚集體。它的研究在20世紀(jì)80年代后迅速發(fā)展。團(tuán)簇的空間尺度在納米(10,9,m)量級(jí)左右。有金屬簇，如 Li,n,，Cu,n,，Hg,n,；非金屬簇，如 C,n,，N,n,，Ar,n,；分子簇，如 (H,2,O),n,，(NaCl),n,等。團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)、性能與

7、所含原子、分子或其結(jié)合態(tài)粒子數(shù)密切相關(guān)，它的物理和化學(xué)性質(zhì)不同于單個(gè)原子或分子，也不同于常規(guī)的固體和液體。例如，常規(guī) Fe、Co、Ni 等是鐵磁性的，但它們的團(tuán)簇可以是超順磁性的；常規(guī)順磁性的 Na、K 等的團(tuán)簇卻是鐵磁性的。團(tuán)簇是許多納米材料的基礎(chǔ)。,二、團(tuán)簇,11,圖2-2,金剛石、石墨、C,60,的結(jié)構(gòu)示意圖,(c) C,60,黃色為雙鍵,紅色為單鍵,在大量的團(tuán)簇中，研究最多的是碳團(tuán)簇，原子數(shù)為 20，24，28，32，36，50，60，70，84，120的穩(wěn)定性較高，其中 C,60,的豐度最高，C,70,次之。C,60,是1985年發(fā)現(xiàn)的。以 C,60,作為結(jié)構(gòu)基元而形成的 C,60,

8、固體是除石墨、金剛石外，碳的又一種同素異形體。,(a) 金剛石,(b) 石墨,碳團(tuán)簇,12,球碳團(tuán)簇及其衍生物在超導(dǎo)電性、半導(dǎo)體、非線性光學(xué)等方面具有奇異性能，K,3,C,60,、Rb,3,C,60,、Rb,2,CsC,60,、Rb,2. 7,Tl,2. 2,C,60,和RbTl,2,C,60,的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度分別為 18 K、30 K、31. 3 K、45 K 和 48 K。球碳團(tuán)簇在高新技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，美國(guó)化學(xué)家 Smalley R. E.，Curl R. F. 和英國(guó)化學(xué)家 Kroto H. W. 因?qū)﹂_拓這個(gè)新領(lǐng)域的貢獻(xiàn)榮獲1996年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,CsC,60,H. W.

9、克魯托Harold W. Kroto,R. E. 史沫萊Richard E. Smalley,R. F. 柯爾Robert F. Curl,圖2.,發(fā)現(xiàn)C,60,的三位科學(xué)家,13,碳納米管,除球形的 C,60,等碳團(tuán)簇外，還有1991年發(fā)現(xiàn)的碳納米管（如圖2-3），也稱“,布基管,”，以及結(jié)構(gòu)類似洋蔥的“,布基蔥,”。碳納米管是一種由單層或多層石墨卷成的納米微管，多層碳管各層之間的間隔為石墨的層間距。碳管兩頭可以是空的，也可被半個(gè) C,60,或更大的球碳所封閉。,外部直徑只有幾到幾十納米。這樣的材料很輕，但很結(jié)實(shí)。它的密度是鋼的 1/6，而強(qiáng)度卻是鋼的 100 倍。用這樣輕而柔軟、又非常結(jié)實(shí)

10、的材料做防彈背心是最好不過的了。如果用碳納米管做繩索，是唯一可以從月球掛到地球表面，而不被自身重量所拉斷的繩索。,中國(guó)科學(xué)院納米科技網(wǎng),圖2-3 碳納米管的結(jié)構(gòu)示意圖,14,碳納米管可以是不同禁帶寬度的半導(dǎo)體，也可以是準(zhǔn)一維導(dǎo)體。碳納米管可以用于未來電子工業(yè)制造電子器件和超薄導(dǎo)線，使電子芯片集成度更高，體積更小。,納米碳管的細(xì)尖極易發(fā)射電子。用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視屏，這是電視制造業(yè)的發(fā)展方向。,碳納米管潛在的應(yīng)用前景,15,固體中含有多種原子，其結(jié)合態(tài)的組成和結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，如：,將其組成約簡(jiǎn)后，其原子數(shù)目不成整數(shù)比，這類化合物稱為,非整比化合物,。,金屬間化合物,碳化物,Fe

11、,3,C，,Mn,7,C,3,氮化物,Fe,2,N，,Fe,4,N 等，,其中各元素均,不符合正?；蟽r(jià)規(guī)則,。,又如：,LaH,2. 76,，F(xiàn)e,1,x,O，Sn,1+,x,O,2,，PbO,1. 88,等物質(zhì),三、非整比化合物,16,其中有陽離子過剩（或陰離子短缺）的化合物，,如 Zn,1+,x,O， NaCl,1,x,；,以及由混雜缺陷產(chǎn)生的非整比化合物，如,Na,1,2,x,Ca,x,Cl，Ca,1,x,Y,x,F,2+,x,，Zr,1,x,Ca,x,O,2,x,，Li,x,Si,1,x,AlO,2,等。,然而它們是穩(wěn)定存在的物質(zhì)，在常溫下多為固體。究其原因是,晶體中存在著缺陷,。,

12、也有陽離子短缺（或陰離子過剩）的化合物，,如 Cd,1,x,S， UO,2+,x,；,17,非整比化合物等在材料中十分重要，可以控制或改善無機(jī)固體材料的光、電、聲、磁、熱、力學(xué)等性質(zhì)。,GaAs,1,x,P,x,是制發(fā)光二極管的材料，它可以發(fā)出從紅光到綠光的各種顏色的光；,彩色電視發(fā)光材料用的紅粉、綠粉和藍(lán)粉的其組成也是非整比化合物。,Y,2,O,2,S：Eu,3+,，,Y,2,O,2,S：Tb,3+,，,(Ca，Sr),10,(PO,4,),6,C1,2,：Eu,3,+,“黑漆”古銅鏡耐磨是因?yàn)槠浔砻嫘纬闪艘粚臃钦然衔铮篠n,1-,x,Cu,x,O,2,例如：,碳化物、氮化物,在鋼材中能

13、有效地提高鋼材的硬度；,18,根據(jù)不同的顯示器件對(duì)顯示技術(shù)的要求，科潤(rùn)光電推出了陰極射線與投影管（CRT）發(fā)光材料、半導(dǎo)體二極管（LED）發(fā)光材料、場(chǎng)發(fā)射（FED）發(fā)光材料、低壓熒光屏（VFD）發(fā)光材料、等離子體（PDP）發(fā)光材料、X射線發(fā)光材料等顯示器件發(fā)光材料，并適應(yīng)背投電視蓬勃發(fā)展的市場(chǎng)狀況，建設(shè)了紅、藍(lán)、綠投影管專用發(fā)光材料生產(chǎn)線。,上述各類材料體系可根據(jù)用戶不同用途及要求選擇合成，發(fā)光顏色主體為紅、藍(lán)、綠等過渡色。,上?？茲?rùn)光電材料有限公司,PhosphorsforDisplay,顯示器件發(fā)光材料,19,非晶氫化硅,Si,H,是信息、電子工業(yè)中經(jīng)常用到的半導(dǎo)體材料，其中,表示非晶態(tài)，

14、Si 表示硅，“,”表示摻人和摻入的量不確定，H 表示氫。,(Co,0. 90,Fe,0. 06,Ni,0. 02,Nb,0. 02,),78,Si,22,x,B,x,是用于錄音磁頭的一類合金的組成；,(GdCo，GdFe),是用于計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存元件的一種非晶態(tài)材料；,Y,n,Ba,2,Cu,m,O,7 8,：La,1,n,Li,m,3,是性能很好的高溫超導(dǎo)體；,Ba,0. 88,Pb,0. 88,Ca,0. 04,TiO,3,陶瓷廣泛用于超聲加工聲納、水聽器等；,Pb,1,x,La,x,(Zr,y,Ti,1,y,),1,x,/4,O,3,是壓電陶瓷；,Ti,50,N,i 是鈦鎳形狀記憶合金；,2

15、0,非整比化合物（不定組成）與整比化合物(定組成)（水，二氧化碳等）是一對(duì)矛盾，他們代表著,物質(zhì)形成的兩種方式,，各自發(fā)揮著自己的作用。,21,由金屬原子和有機(jī)基團(tuán)中碳原子鍵合而成，含金屬,碳鍵（MC）的化合物稱金屬有機(jī)化合物，如 (C,2,H,5,),2,Zn、C,6,H,5,Ti(OC,3,H,7,),3,、(C,2,H,5,),4,Pb、RMgX（R為烷基，X為鹵素）。,金屬有機(jī)化合物大體分三類：,(1)離子型化合物,(2)鍵化合物,(3)非經(jīng)典鍵化合物,如： Cr (C,6,H,6,),2,、Fe (C,5,H,5,),2,（二茂鐵）、,K,+,(Pd Cl,3,CH,2,=CH,2,

16、),；,四、金屬有機(jī)化合物,22,(1),離子型化合物,。堿金屬和堿土金屬所形成的烴基化合物多為離子型，其通式為 RM，R,2,M，具有離子化合物的典型特征，可以看作烴 R-H 的鹽類。它們一般不溶于烴類溶劑，具有異乎尋常的反應(yīng)活性，對(duì)空氣敏感，遇水劇烈水解。,(2)鍵化合物。第 IIIAVIIA 族和第 IB、IIB 族元素與有機(jī)基團(tuán)主要以共價(jià)鍵結(jié)合形成化合物，如 R,2,Hg，(C,2,H,5,),4,Pb，(CH,3,),3,SnCl 等。具有揮發(fā)性，對(duì)空氣穩(wěn)定，一般溶于非極性溶劑。,(3)非經(jīng)典鍵化合物。包括由過渡元素與不飽和基團(tuán)通過金屬軌道和電子之間相互作用而生成的配合物，如 Cr(

17、C,6,H,6,),2,、Fe(C,5,H,5,),2,（二茂鐵）、K,+,(PdCl,3,CH,2,=CH,2,),；過渡元素與羰基等配合形成同時(shí)含鍵和鍵的金屬有機(jī)化合物，如羰基金屬M(fèi)(CO),n,。,23,另外，還有多中心鍵型金屬有機(jī)化合物，如含橋連烷基的Al(CH,3,),2,C,6,H,5,2,、Be(CH,3,),2,n,，多核羰基金屬 M,x,(CO),y, 等。事實(shí)上，周期表中除惰性氣體以外的絕大多數(shù)元素都可以與有機(jī)基團(tuán)中的碳以各種方式結(jié)合，硼、磷、砷和硅等的有機(jī)化合物一般也包括在金屬有機(jī)化合物范圍之內(nèi)；對(duì)過渡金屬，可形成 MO、MS、MP 或 MN鍵，如 Pd(PPh,3,),

18、4,（Ph指苯基）、Al(OC,3,H,7,),3,等，也常劃為金屬有機(jī)化合物。所以金屬有機(jī)的范圍在不斷擴(kuò)大，也說明科學(xué)和人的認(rèn)識(shí)都是不斷發(fā)展的。,24,金屬有機(jī)化合物是電子、光學(xué)、磁性等功能材料、超純材料和精細(xì)陶瓷等許多工業(yè)加工中的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。金屬鎳粉與 CO 反應(yīng)得到液態(tài) Ni(CO),4,，在稍高溫度下分解便得到純鎳。,金屬有機(jī)化合物應(yīng)用實(shí)例,25,過渡金屬有機(jī)化合物中，MC 鍵不是典型的離子鍵，鍵能一般小于 CC 鍵，容易在 MC 處斷裂。這廣泛用于,化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposit， CVD）,，能沉積成高附著性的金屬膜。例如三丁基鋁 A1(C,4,H,9

19、,),3,和三異丙基苯鉻CrC,6,H,4,CH(CH,3,),2,3,熱分解，分別得到金屬鋁膜和鉻膜。,在金屬的烷氧基化合物中，實(shí)驗(yàn)證明 C,O 鍵較 M,O 鍵要弱，因此易在 CO 鍵處斷裂，沉積出金屬的氧化物：,2 Al(OC,3,H,7,),3,Al,2,O,3, 6 C,3,H,6, 3 H,2,O,420,Si(OC,2,H,5,),4,SiO,2, H,2,O CH,(碳?xì)浠衔?,700,化學(xué)氣相沉積,26,既有無機(jī)物的,金屬有機(jī)化合物的橋梁作用,27,高分子化合物，簡(jiǎn)稱,高分子,，又稱,高聚物,，它的相對(duì)分子質(zhì)量高達(dá)幾千甚至幾百萬。有無機(jī)高分子和有機(jī)高分子之分，這里討論有機(jī)高

20、分子。有機(jī)高分子中有,纖維素、蛋白質(zhì)、淀粉、木質(zhì)素,等天然高分子和有機(jī)小分子聚合而成的合成高分子。工程應(yīng)用中多為合成高分子。世界上,第一個(gè)合成高分子,是,1907年,誕生的,酚醛樹脂,。,五、高分子化合物,28,例如,：聚氯乙烯的分子是由許多氯乙烯,加聚,結(jié)合而成：,單體,鏈節(jié),多分散性,：高分子化合物相對(duì)分子質(zhì)量大小不等的現(xiàn)象,簡(jiǎn)寫,：,聚合物,聚合,聚合度,加成聚合,與,縮合聚合,29,n,H,2,N(CH,2,),6,NH,2,己二酸,己二胺,n,HOOC(CH,2,),4,COOH,+,(2,n,1) H,2,O,聚酰胺66 或尼龍66,n,OH,+,又如,，聚酰胺,66（尼龍,66）

21、由己二胺和己二酸為單體經(jīng)過,縮聚,反應(yīng)制得：,H ,NH(CH,2,),6,NH,CO (CH,2,),4,CO,它的聚合度為2,n,聚合度是以鏈節(jié)數(shù)來計(jì)量的,在聚酰胺化學(xué)式中，名稱后的第一個(gè)數(shù)字“6”指二元胺的碳原子數(shù)，第二個(gè)數(shù)字“6”指二元酸的碳原子數(shù)。,30,碳鏈高分子化合物,主鏈中均是 C,C 鍵,主鏈中引入了 O，N 等雜元素，不但有 C,C 鍵，還有 C,O，C,N 鍵，,雜鏈高分子化合物,主鏈中僅含有 Si，P，O等元素而沒有 C 原子,元素有機(jī)高分子化合物,高分子化合物的分類,31,表2. 1,一些高分子化合物及其單體,名 稱,化 學(xué) 式,單 體,聚乙烯,CH,2,CH,2,聚

22、丙烯,CH,3,CH,CH,2,聚氯乙烯,ClCH,CH,2,聚苯乙烯,聚四氟乙烯,CF,2,CF,2,聚異戊二烯,CH,2,CCHCH,2,CH,3,32,名 稱,化 學(xué) 式,單 體,聚酰胺,H,2,N(CH,2,),6,NH,2,HOOC(CH,2,),4,COOH,聚甲基丙烯酸甲酯,聚環(huán)氧乙烷,聚丙烯腈,CH,2,CHCN,NH(CH,2,),5,C=O,CH,2,CCOOCH,3,CH,3,CH,2,CH,2,O,33,名 稱,化 學(xué) 式,單 體,聚丙烯酰胺,聚對(duì)苯二甲酸乙二(醇)酯,HO CH,2,CH,2,OH,酚醛樹脂,HCHO,，,聚二甲基,硅氧烷,34,名 稱,ABS,化學(xué)式

23、,單 體,CH,2,CHCN,，,CH,2,CH,CH,CH,2,，,35,高分子化合物的命名,(4)有時(shí)還以高分子化合物的主要用途或最初用途表示命名，屬,習(xí)慣名稱,或,商品名稱,，如乙烯-丙烯共聚物稱乙丙橡膠，聚酰胺高聚物稱尼龍或錦綸。,歸納起來一般有以下幾種情況：,(1)在單體或組成特征前面加,“聚”(Po1y,-)，表示高分子化合物是通過聚合反應(yīng)得到的，如聚乙烯、聚酰胺等。,(2),在單體后面加“樹脂,”，曾表示樹上流出的脂，多為天然高分子化合物，現(xiàn)在也將某些合成高分子化合物稱作“樹脂”，如酚醛樹脂，脲醛樹脂，環(huán)氧樹脂，聚氯乙烯樹脂等。,(3),英文縮寫,，如ABS是以其單體丙烯腈(Ac

24、rylonitrile)、丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)英文名稱的第一個(gè)字母大寫組合來表示；PE是聚乙烯(Polyethylene)的英文縮寫,36,表2. 2 一些常見高分子化合物的名稱,高分子材料,化學(xué)名稱,習(xí)慣名稱或,商品名稱,英文名稱,英文,縮寫,塑 料,聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯,聚苯乙烯,丙烯腈丁二烯,苯乙烯共聚物,聚乙烯，乙綸,聚丙烯，丙綸,聚氯乙烯，氯綸,聚苯乙烯,腈丁苯共聚物,Polyethylene,Polypropylene,Poly (vinyl chloride),Polystyrene,Acrylonitrile-butadiene-styre

25、ne copolymer,PE,PP,PVC,PS,ABS,纖 維,聚對(duì)苯二甲酸乙二(醇)酯,聚己二酰己二胺,聚丙烯腈,聚乙烯醇縮乙醛,滌綸，的確良,錦綸66,或尼龍66,腈綸,維綸,Poly (ethylene terephthalate),Poly (hexamethylene adipamide),Polyacrylonitrile,Poly (vinyl acetal),PETP,PA,PAN,PVA,橡 膠,丁二烯苯乙烯共聚物,順聚丁二烯,順聚異戊二烯,乙烯丙烯共聚物,丁苯橡膠,順丁橡膠,異戊橡膠,乙丙橡膠,Butadiene-styrene rubber,cis,-1,4-Poly

26、butadiene rubber,cis,-1,4-Polyisoprene rubber,Ethylene-propylene rubber,SBR,BR,IR,EPR,37,構(gòu)成生命的物質(zhì)種類很多，有脂、維生素、激素、血紅素、葉綠素等,生物小分子,，有蛋白質(zhì)、核酸、糖類等,生物大分子,。,蛋白質(zhì)分子是一條或多條多肽鏈構(gòu)成的生物大分子，相對(duì)分子質(zhì)量可從,一萬,到,數(shù)百萬,。多肽鏈由氨基酸通過肽鍵（酰胺鍵，CONH）共價(jià)連接而成，各種多肽鏈都有自己特定的氨基酸順序。,1蛋白質(zhì),六、生物大分子,38,圖2-4 L- 和 D- 構(gòu)型的,- 氨基酸,L- 構(gòu)型,D- 構(gòu)型,人體細(xì)胞含有 3 000

27、至 10 000 種以上的蛋白質(zhì)，人體蛋白質(zhì)由20種氨基酸組成。除脯氨酸外，其它 19 種均是,-碳上有一個(gè)氨基(,NH,2,) 的有機(jī)羧酸（,-氨基酸,），結(jié)構(gòu)通式為,R,CH(NH,2,)COOH，R 是每種氨基酸的特征基團(tuán)。最簡(jiǎn)單的氨基酸是甘氨酸，其中R基是一個(gè),H 原子,。按 R 基組成的不同，氨基酸可分為,脂肪族,、,芳香族,和,雜環(huán)族,三類；按 R 基極性的不同，氨基酸又可分為非極性 R 基氨基酸和極性 R 基氨基酸。,氨基酸,39,序號(hào),中文名稱,英文縮寫,R,基團(tuán)的結(jié)構(gòu),1,甘氨酸,Gly(G),2,丙氨酸,Ala(A),3,絲氨酸,Ser(S),4,半胱氨酸,Cys,5,蘇氨

28、酸*,Thr(T), CH(OH)CH,3,6,纈氨酸*,Val(V), CH(CH,3,),2,7,亮氨酸*,Leu(L), CH,2,CH(CH,3,),2,8,異亮氨酸*,Ile(I), CH(CH,3,)CH,2,CH,3,9,蛋氨酸*,Met, CH,2,CH,2,SCH,3,10,賴氨酸*,Lys, CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,NH,2,表2. 3,20 種氨基酸,的名稱和結(jié)構(gòu),40,序號(hào),中文名稱,英文縮寫,R,基團(tuán)的結(jié)構(gòu),11,色氨酸*,Trp,12,酪氨酸,Tyr,13,天冬氨酸,Asp,14,天冬酰胺,Asn,15,苯丙氨酸*,Phe(F),16,精氨酸*,Ar

29、g,17,谷氨酸,Glu,18,谷氨酰胺,Gln,19,組氨酸*,His,20,脯氨酸,PrO(P),續(xù)表,表中帶*者為人體必需氨基酸,41,除甘氨酸外，其余 19 種氨基酸的,- 碳原子都與 4 個(gè)不相同的基團(tuán)相連。這種結(jié)構(gòu)的的化合物在空間有兩種不同的排布：,這兩種不同的排布化合物不能重疊，它們之間的關(guān)系就象實(shí)物和鏡像、左手和右手的關(guān)系：,手性分子,42,生物界 10,10,10,12,數(shù)量級(jí)的蛋白質(zhì)種類中，有些完全由氨基酸組成，這是,簡(jiǎn)單蛋白質(zhì),；有些除蛋白質(zhì)外，還有被稱為輔基或配基的非蛋白質(zhì)成分，這是,結(jié)合蛋白質(zhì),。,43,蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的,空間結(jié)構(gòu),又叫蛋白質(zhì)的,構(gòu)象,、,高

30、級(jí)結(jié)構(gòu),、,立體結(jié)構(gòu),、,三維結(jié)構(gòu),等，指的是蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間中的排布。,維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的化學(xué)鍵有：氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、,Van der Waals,力和二硫鍵。,蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)主要包括蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。,44,在,-,螺 旋,結(jié)構(gòu)中，多肽鏈中各肽,鍵平面通過,-,碳原子的旋轉(zhuǎn)，,圍繞中心軸形成,一種緊密螺旋盤,曲構(gòu)象。絕大多,數(shù)蛋白質(zhì)分子中,所存在的,-,螺旋幾乎都,是右手螺,旋。,45,-,螺旋的四種表示方法,46,蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu),纖維狀蛋白質(zhì),一般只有一類二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象單元，而,球狀蛋白質(zhì),可能在同一分子內(nèi)有幾類二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象單元。,蛋白質(zhì)的,三級(jí)結(jié)

31、構(gòu),（,tertiary structuer,）是指蛋白質(zhì)（主要指球狀蛋白）分子在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步卷曲、折疊而構(gòu)成的一種不規(guī)則的、特定的、更復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。,無規(guī)卷曲,-螺旋,-折迭,-轉(zhuǎn)角,47,2核酸,核酸,因首先發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞核并且具有酸性而得名。核酸是信息分子，擔(dān)負(fù)著遺傳信息的儲(chǔ)存、傳遞及功能表達(dá)。核酸分為,脫氧核糖核酸(DNA),和,核糖核酸(RNA),兩類。DNA主要集中在細(xì)胞核內(nèi)，RNA主要分布在細(xì)胞質(zhì)中。它們由,磷酸,、,脫氧核糖,或,核糖,、,有機(jī)堿,組成，如,表2. 4所示,。A，G，C，T，U分別為腺嘌呤（Adenine），鳥嘌呤（Guanine），胞嘧啶（Cytosi

32、ne），胸腺嘧啶（Thymine）和尿嘧啶（Uracil）的英文第一個(gè)字母。DNA 和 RNA 之間主要是戊醛糖和嘧啶堿有區(qū)別。,48,核酸,組成,DNA,RNA,酸,H,3,PO,4,H,3,PO,4,戊醛糖,含,氮,有,機(jī),堿,嘌,呤,堿,嘧,啶,堿,腺嘌呤,(A),鳥嘌呤,(G),腺嘌呤,(A),鳥嘌呤,(G),胞嘧啶,(C),胸腺嘧啶,(T),胞嘧啶,(C),尿嘧啶,(U),-D-2-,脫氧核糖,-D-,核糖,DNA,和,RNA,的組成單元,49,在,DNA,分子中存在,4,種,脫氧核糖核苷,，其結(jié)構(gòu)如下,：,(脫氧胞苷) (脫氧胸苷) (脫氧腺苷) (脫氧鳥苷),胞嘧啶脫氧核苷 胸腺

33、嘧啶脫氧核苷 腺嘌呤脫氧核苷 鳥嘌呤脫氧核苷,50,蛋白質(zhì),逆轉(zhuǎn)錄(,酶,),轉(zhuǎn)錄(,酶,),(,酶,),復(fù)制,(,酶,),復(fù)制,翻譯,(,酶,),圖2-6,“中心法則” 示意圖,核酸是遺傳信息的攜帶者與傳遞者。生物體的遺傳信息以特定的核苷酸排列順序，似密碼的形式排列在 DNA 分子上，并通過 DNA 的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的生長(zhǎng)發(fā)育過程中，遺傳信息自 DNA 轉(zhuǎn)錄給 RNA，然后翻譯成特異的蛋白質(zhì)，以執(zhí)行各種生命功能。這就是所謂的遺傳信息傳遞的中心法則，,中心法則,51,基因,是一個(gè)特定的 DNA 片段，通常有 1 000 5 000 個(gè)堿基對(duì)，一個(gè) DNA 分子可以含有多達(dá)上萬個(gè)基

34、因，人體的46條染色體大約含100萬個(gè)基因。人類基因組計(jì)劃的核心就是要測(cè)定人類基因組的全部 DNA 序列，從而獲得人類全面認(rèn)識(shí)自我的最重要的生物信息。,基因,52,基因芯片的檢測(cè)速度之所以這么快，主要是因?yàn)榛蛐酒嫌谐汕先f個(gè)微凝膠，可進(jìn)行并行檢測(cè)；同時(shí)，由于微凝膠是三維立體的，它相當(dāng)于提供了一個(gè)三維檢測(cè)平臺(tái)，能固定住蛋白質(zhì)和 DNA 并進(jìn)行分析。,內(nèi)嵌基因芯片的基因檢測(cè)裝置,基因芯片，又稱 DNA 芯片，與計(jì)算機(jī)芯片非常相似，只是高度集成的不是半導(dǎo)體管，而是成千上萬的網(wǎng)格狀密集排列的基因探針。每個(gè)基因探針包含著由若干個(gè)核苷酸組成的 DNA 片段。目前已經(jīng)可以在一枚郵票大小的基因芯片上布滿

35、40 100 萬種基因探針，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則捕捉相應(yīng)的 DNA，從而對(duì)遺傳物質(zhì)進(jìn)行分子檢測(cè)。這是一種革命性的新方法、新工具。,基因芯片,53,基因工程,從狹義上理解就是指 DNA 重組技術(shù)，即提取或合成不同生物的遺傳物質(zhì)(DNA)，在體外切割、拼接和重新組合，然后通過載體將重組的DNA分子引入受體細(xì)胞，使重組DNA在受體細(xì)胞中得以復(fù)制與表達(dá)。,基因工程的直接目的,就是改造生物。,例如,，作為人類主要食物的谷類作物含有大量糖類，而人體所必需的蛋白質(zhì)、氨基酸與維生素的含量卻很少。有些微生物可以產(chǎn)生這些物質(zhì)，用大規(guī)模發(fā)酵的方法培養(yǎng)微生物，進(jìn)而提取這些物質(zhì)，就可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。,采用 DNA 重

36、組及細(xì)胞融合等技術(shù)改造了蘇氨酸、色氨酸、賴氨酸等氨基酸的生產(chǎn)菌，與原始菌株相比，氨基酸的含量提高了幾十倍，且生產(chǎn)成本下降。,基因工程,54,3糖類,糖類,是自然界中分布最廣的一大類有機(jī)化合物，主要由 C，H 和 O 三種元素組成，大多具有通式 C,n,(H,2,O),n,，故又稱碳水化合物。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，糖類物質(zhì)是含多羥基的醛或酮及其衍生物。這類物質(zhì)是生物體基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要成分。糖類物質(zhì)由植物光合作用合成，,n,H,2,O,+,n,CO,2,C,n,(H,2,O),n,+,n,O,2,光,葉綠素,糖類通過生物氧化為自身提供能量，以滿足生命活動(dòng)的能量需要。如葡萄糖的氧化反應(yīng)：,C,6,H,1

37、2,O,6, 6 O,2, 6 H,2,O 6 CO,2,55,糖類常分三類：,(1)單糖,(2)低聚糖或寡糖,(3)多糖，,糖的分類,由于纖維素、淀粉等碳水化合物徹底水解后都生成葡萄糖，所以把葡萄糖看做是這些天然高分子化合物的單體，并把葡萄糖、果糖等不再水解的較簡(jiǎn)單化合物稱做單糖。依此類推，可將碳水化合物分成三類：,56,(1)單糖,D-己,醛糖,的構(gòu)型,阿蘇糖,阿卓糖,葡萄糖,甘露糖,古羅糖,艾杜糖,半乳糖,塔羅糖,57,果糖單體,葡萄糖單體,(2)低聚糖或寡糖,蔗糖,(雙糖),果糖單體,Fischer,Proiection,能水解成 2 10 個(gè)單糖。蔗糖、乳糖和麥芽糖都是二糖。,58,

38、淀粉,是麥芽糖的高聚體，徹底水解后得到葡萄糖。淀粉是植物體中儲(chǔ)存的養(yǎng)分，主要存在于種子和塊莖中，是食物的重要組成部分。大米中含有淀粉 62 86%，麥子中含 57 75%，玉米中含 65 72%，馬鈴薯中含 12 14%。淀粉遇水可水解成為糊精的混合物。糊精可用作食品添加劑、膠水、漿糊，并用于藥品、紙張和紡織品的制造等。淀粉等加以改性可代替合成高分子，制成不污染環(huán)境的可降解塑料制品。,(3)多糖,能水解成10個(gè)以上的單糖。如植物體內(nèi)的淀粉、纖維素，動(dòng)物體內(nèi)的糖原、甲殼素等。多糖廣泛存在于自然界，是一類聚合度不同的天然高分子化合物。多糖沒有甜味，一般不溶于水。與生物體關(guān)系最密切的多糖是淀粉、糖原

39、和纖維素。,59,糖原,又稱動(dòng)物淀粉，是動(dòng)物的能量?jī)?chǔ)存庫。糖原呈無定型無色粉末，較易溶于熱水形成膠體溶液。糖原在動(dòng)物的肝臟和肌肉中含量最大。當(dāng)動(dòng)物血液中葡萄糖含量較高時(shí)，就會(huì)結(jié)合成糖原儲(chǔ)存于肝臟中，當(dāng)葡萄糖含量降低時(shí)，糖原就分解成葡萄糖而供給機(jī)體能量。,糖原,60,纖維素,是自然界中最豐富的多糖。,棉花中纖維素含量為 97 99%，,木材中為 50%，,亞麻中為 80%，,玉米莖中為 30%。,由于纖維素分子間氫鍵的作用，使分子鏈平行排列、緊密結(jié)合，形成纖維束，每一束有100200條分子鏈。這些纖維束擰在一起形成繩狀結(jié)構(gòu)，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。纖維素不僅不溶于水，甚至不溶于強(qiáng)酸或堿。

40、人體中由于缺乏具有分解纖維素結(jié)構(gòu)所必需的酶，因此纖維素一般不能為人體所利用，不能成為人類的主要食品。纖維素是植物支撐組織的基礎(chǔ)，是植物細(xì)胞壁的主要成分；是制造人造絲、人造棉、玻璃紙、火棉膠等的主要原料；在制備復(fù)合材料中也有較多應(yīng)用。,纖維素,61, 式, 式,淀粉,纖維,62,七，自由基,原子,分子,離子,自由基,63,2. 2 固體,1了解晶體、非晶體概況，聯(lián)系實(shí)際理解各類晶體名稱、晶格結(jié)點(diǎn)上粒子及其作用力、熔點(diǎn)、硬度、延展性、導(dǎo)電性的不同。,2了解耐高溫、易熔金屬實(shí)例及應(yīng)用，理解過渡元素、稀土元素及碘化物，氮化硼、硅酸鹽組成元素間的作用力及應(yīng)用。,3理解非晶態(tài)高分子化合物的三種物理狀態(tài)及成

41、因，理解玻璃化溫度、粘流化溫度的意義及應(yīng)用，了解,Si：H的應(yīng)用。,4聯(lián)系活性炭、分子篩等實(shí)例，理解固體吸附劑的表面組成特點(diǎn)及功用。,5了解固體廢棄物的產(chǎn)生、危害和資源化途徑。,學(xué) 習(xí) 要 求,64,固體,是我們把原子及其結(jié)合態(tài)微粒在一定溫度和壓力條件下進(jìn)行研究的一個(gè)系統(tǒng)，即固態(tài)系統(tǒng)。習(xí)慣上稱系統(tǒng)為體系，故有固體這個(gè)術(shù)語。固體中的原子及其結(jié)合態(tài)粒子在空間的排布，如果長(zhǎng)程有序便稱為,晶體,，如果短程無序就稱為,非晶體,。,晶體,非晶體,界晶體（準(zhǔn)晶體）,65,晶體,如,圖2-7(a)，,具有較規(guī)則的幾何外形。若把原子及其結(jié)合態(tài)微?？闯蓭缀螌W(xué)上的結(jié)點(diǎn)，這些結(jié)點(diǎn)按一定規(guī)則排列所組成的幾何圖形叫作,晶

42、格,或,點(diǎn)陣,，如圖,2-7(b),。晶體三維點(diǎn)陣中存在一個(gè)能夠完全代表晶格特征的最小單元叫作,晶胞,，如圖,2-7(c)表示的是,立方晶系的一個(gè)晶胞。,一、晶體,66,圖2-7 晶格及晶胞,(a),(b),(c),等徑圓球密堆積,晶格或點(diǎn)陣,晶胞,67,十二面體鉆石晶體,鉆石及其母巖,如果能用一個(gè)空間點(diǎn)陣圖形貫穿整個(gè)晶體，這個(gè)晶體又叫,單晶體,。如自然界存在的金剛石、人工制備的單晶硅、鍺等。,單晶體,68,當(dāng)?shù)貢r(shí)間 2003 年 10 月 7 日，在倫敦索思比拍賣行，一名工作人員在展示一顆大,D 色級(jí),的鉆石，這枚鉆石將會(huì)在下月 20 日在日內(nèi)瓦進(jìn)行拍賣，預(yù)計(jì)起拍價(jià)會(huì)在,500 和 600

43、萬英磅,(,800 萬-1 000 萬美元,)之間,人民網(wǎng) 2003年10月08日,天價(jià)鉆石,69,硅單晶,70,一般的固體材料不能用一個(gè)空間點(diǎn)陣圖形貫穿，它們稱為,多晶體,。,多晶體,71,1離子晶體,離子晶體,的晶格結(jié)點(diǎn)上交替排列著正、負(fù)離子，靠離子鍵結(jié)合。NaCl離子晶體如,圖2-8,所示。,離子晶體一般具有較高的熔點(diǎn)和較大的硬度，較脆。在熔融狀態(tài)或在水溶液中具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，但在固體狀態(tài)時(shí)離子限制在晶格的一定位置上振動(dòng)，所以幾乎不導(dǎo)電。,Na,+,Cl,-,圖2-8,NaCl 離子晶體,72,表2. 5,KF、NaF和CaO晶體離子間作用力及其熔點(diǎn)變化規(guī)律,物質(zhì),KF,NaF,CaF,

44、2,CaO,離子的電荷,+1,1,+1,1,2,2,2,2,離子半徑nm,0. 133 0. 133,0. 097 0. 133,0. 099 0. 132,離子半徑之和nm,0. 266,0. 230,？,0. 231,離子間的作用,增大,熔點(diǎn),860,933,2 164,73,硫酸銅紫外光濾光片,Copper Sulfate UV Filter,Nickel Sulfate UV Filter,硫酸鎳紫外光濾光片,74,2分子晶體,分子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上排列著極性分子或非極性分子，分子間以范德華力(分子間力)或氫鍵相結(jié)合。屬于分子晶體的物質(zhì)一般為非金屬元素組成的共價(jià)化合物，如 SiF,4,，

45、SiCl,4,，SiBr,4,，SiI,4,，H,2,O，CO,2,，I,2,等。CO,2,分子晶體(干冰)如,圖 2-9,所示。對(duì)于無氫鍵的相同類型分子晶體，分子間力隨相對(duì)分子質(zhì)量增大而增大，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)也隨之增高。由于分子間力較弱，分子晶體的硬度較小，熔點(diǎn)一般低于 400 ，并有較大的揮發(fā)性，如碘片、萘等。,75,圖2-9 CO,2,分子晶體(干冰),76,C,60,的溶液,A students view of the discovery of Buckminsterfullerene,(adapted from Jonathan Hares PhD thesis, Sussex Unive

46、rsity, 1993.),C,60,的晶體結(jié)構(gòu),77,3原子晶體,原子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上排列著中性原子，原子間由共價(jià)鍵結(jié)合。由非金屬元素組成的共價(jià)化合物多為分子晶體，但有少部分形成原子晶體，如常見的 C (金剛石，立方型)，Si，Ge，As，SiC (俗稱金剛砂)，SiO,2,，B,4,C，BN (立方型)，GaAs 等。,78,圖2-10 金剛石(C) 的晶體結(jié)構(gòu),金剛石,藍(lán)色球和紅色球都是碳原子，用紅色球凸顯四個(gè)位置特殊的碳原子。,79,4金屬晶體,金屬晶體,的晶格結(jié)點(diǎn)上排列著原子或正離子。原子或正離子通過自由電子結(jié)合，這種結(jié)合力是金屬鍵。金屬鍵的強(qiáng)弱與構(gòu)成金屬晶體原子的原子半徑、有效核電

47、荷、外層電子組態(tài)等因素有關(guān)。,80,金屬晶體堆積方式,A,1,型密堆積,ABCABC,A,3,型密堆積,ABAB,A,2,型密堆積,ABAB,體心立方,六方,面心立方,81,金屬晶體單質(zhì)多數(shù)具有,較高的熔點(diǎn),和,較大的硬度,，通常所說的耐高溫金屬就是指熔點(diǎn)高于鉻的熔點(diǎn) (1 857 ) 的金屬，集中在副族，其中熔點(diǎn)最高的是鎢(3 410 ) 和錸 (3 180 )，它們用作測(cè)高溫的熱電偶材料。,金屬材料重要的物理性質(zhì),與離子晶體、分子晶體和原子晶體相比，金屬晶體具有良好的,導(dǎo)電、導(dǎo)熱性,，尤其是第 IB 族的 Cu，Ag，Au。金屬晶體還有良好的,延展性,等機(jī)械加工性能，有,金屬光澤,、,對(duì)光

48、不透明,等特性。純金屬及其合金構(gòu)成的金屬材料是最重要的結(jié)構(gòu)材料之一。,82,5過渡型晶體,將晶體分成上述四個(gè)基本類型，給研究和使用帶來很多方便，但僅僅是簡(jiǎn)單的概括。更多晶體的晶格結(jié)點(diǎn)粒子間作用發(fā)生了變異，很難劃定為上述任一典型晶體，而屬于過渡型晶體。,例如,，利用二碘化鎢 (,W I,2,) 熔點(diǎn)低，易揮發(fā)的特性，在燈管中加入少量,I,2,可制得碘鎢燈。當(dāng)鎢絲受熱，溫度維持 250 650,時(shí)，,W,升華到燈管壁與 I,2,生成 W I,2,；W I,2,在整個(gè)燈管內(nèi)擴(kuò)散，碰到高溫鎢燈絲便重新分解，并把鎢留在燈絲上；這樣循環(huán)不息，可以大大提高燈的發(fā)光效率和壽命。,83,6混合鍵型晶體,實(shí)際晶體

49、中還有晶格粒子間同時(shí)存在幾種作用力的混合鍵型晶體。例如，層狀結(jié)構(gòu)的石墨、二硫化鉬、氮化硼等屬于混合鍵型晶體。如,圖2-11,所示，石墨晶體中同層粒子間以共價(jià)鍵結(jié)合，平面結(jié)構(gòu)的層與層之間則以分子間力結(jié)合。由于層間的結(jié)合力較弱，容易滑動(dòng)，所以常被用作滑潤(rùn)油和滑潤(rùn)脂的添加劑，以膠粒的形式分散在油或脂中。六方型氮化硼（熔點(diǎn) 2 983,），又稱,白色石墨,，比石墨更能耐高溫，化學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定，可用來制作熔化金屬用的容器、耐高溫實(shí)驗(yàn)儀器及耐高溫固體潤(rùn)滑劑。,84,圖2-11 石墨的層狀結(jié)構(gòu),氧原子,硅原子,SiO,4,4,四面體,圖2-12 硅酸鹽結(jié)構(gòu)示意圖,85,與晶體晶格結(jié)點(diǎn)上微粒長(zhǎng)程有序排列不同，非

50、晶體中微粒呈短程無序排列。非晶體的熔化，經(jīng)歷由固態(tài)逐漸變軟，最后變?yōu)榱鲃?dòng)熔體的一個(gè)過程，所以無確定的熔點(diǎn)。在不同溫度區(qū)間，呈現(xiàn)出,玻璃態(tài),、,高彈態(tài),和,粘流態(tài),等三種不同的物理狀態(tài)。,二、非晶體,非晶態(tài)琥珀,C,10,H,16,O，硬度2. 5,86,非晶體材料的形成途徑,(2) 用,液相或氣相沉積,制備非晶體薄膜，其結(jié)構(gòu)與相應(yīng)液態(tài)結(jié)構(gòu)完全不同，可有多種非晶體結(jié)構(gòu)，不存在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度。它們?cè)诎雽?dǎo)體材料中經(jīng)常用到。目前廣泛應(yīng)用的非晶體固體有四類：玻璃；非晶態(tài)高分子化合物；非晶態(tài)薄膜；非晶態(tài)合金(也稱,金屬玻璃,)。,(1) 從液相,急劇冷卻,獲得玻璃體材料，其結(jié)構(gòu)與相應(yīng)液態(tài)在轉(zhuǎn)變溫度時(shí)的結(jié)構(gòu)

51、相同。,通常有兩種：,87,粘流態(tài),高彈態(tài),玻璃態(tài),1非晶態(tài)高分子化合物,形變,溫度,T,g,T,f,插短片：2，01玻璃態(tài),88,表2. 6 幾種高分子化合物的玻璃化溫度、粘流化溫度和分解溫度,高分子化合物,T,g,T,f,T,d,聚苯乙烯,80 100,有機(jī)玻璃,57 68,聚氯乙烯,75,聚乙烯醇,85,聚丙烯腈,100,尼龍,66,48,天然橡膠,73,丁苯橡膠,63 ,75,氯丁橡膠,40 ,50,硅橡膠,109,低壓聚乙烯,100,130,300,聚苯乙烯,112 146,300,聚碳酸酯,220 230,300 310,尼龍,66,264,270,89,2非晶態(tài)薄膜,目前使用的許

52、多半導(dǎo)體器件中都有非晶態(tài)薄膜，最具代表性的是具有極高信息密度的光存貯盤，還有全息攝影、薄的柔性襯底生長(zhǎng)的廉價(jià)光電池、激光書寫和復(fù)印機(jī)上的長(zhǎng)壽命感光滾筒以及用于大屏幕顯示的電子電路等。它們使用的半導(dǎo)體物質(zhì)是 Ge，Si，Si：H，GaAs 等材料。,90,3非晶態(tài)合金,非晶態(tài)合金是一類新型非晶態(tài)材料，20 世紀(jì) 60 年代后才在制備技術(shù)上得到突破。它由液態(tài)金屬快速凝固而成（冷卻速率為 10,3, 10,5,K/s）。非晶態(tài)合金可以是二元、三元或多元合金，二元合金中加入適當(dāng)?shù)钠渌爻３Ｄ軌蛱岣吆辖鸬姆蔷Щ芰Γ?例如,Pd,82,Si,18,形成臨界冷卻速率約為 10,5,K/s，加入 Cu 后

53、Pd,77,Cu,6,Si,17,約在 10,2,K/s 冷卻速率下就可以形成幾毫米粗的非晶絲。Pd,40,Cu,30,Ni,10,P,20,可以在 0. 1 K/s 的冷卻速率下形成厚度約為 100 mm 的大體積非晶態(tài)合金。原子半徑小的元素如 Be，P，B，C 及 VIVIII 族過渡金屬元素等是大體積非晶態(tài)合金的重要組成部分。非晶態(tài)合金在力、電、磁等性能方面優(yōu)于同類晶態(tài)材料，具有高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高光潔度和抗腐蝕、抗輻射、抗沖擊等特點(diǎn)。,91,4石英光導(dǎo)纖維,值得提及的是石英光導(dǎo)纖維，石英光導(dǎo)纖維也是非晶體材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)光性。光導(dǎo)纖維利用光脈沖傳輸信息，具有傳輸信號(hào)容量大、損耗

54、小、中繼站少等優(yōu)點(diǎn)，是發(fā)展現(xiàn)代通信的關(guān)鍵性材料。,光導(dǎo)纖維除以 SiO,2,為主、添加少量 GeO,2,等的,石英氧化物光纖,外，,還有 SiO,2,CaO,Na,2,O，SiO,2,B,2,O,3,Na,2,O 等,氧化物光導(dǎo)纖維,以及 ZrF,4,LaF,3,BaF,4,等,氟化物光導(dǎo)纖維,等。,92,天津電子材料研究所,性能各異的光纖樣品,93,固體的表面性質(zhì)和內(nèi)部性質(zhì)是不同的。固體內(nèi)部粒子與其周圍的粒子之間有較強(qiáng)的吸引力，而且各個(gè)方向受力較均勻；但表面的粒子則不同，表面外沒有與表面內(nèi)所處情況相同的相鄰粒子，因此固體表面層粒子受力不均勻，有剩余的吸引力，這使固體表面具有吸附能力。例如，鋼

55、鐵放在大氣中，其表面就會(huì)吸附一層 H,2,O 和 CO,2,等分子。相同質(zhì)量的固體物質(zhì)，顆粒越小，表面積越大，吸附能力也越大。在工業(yè)廢水、廢氣的處理中，常常利用固體表面的吸附性能，選用吸附能力很強(qiáng)的固體吸附劑來吸附污染物。,三、固體吸附劑,94,固體吸附劑的種類很多，比如活性炭(AC)、活性炭纖維(ACF)等，它們有很多的微孔和巨大的比表面積?；钚蕴康?比表面積,有 500 1 500 m,2,/g，具有很強(qiáng)的,物理吸附,能力。活性炭在活化過程中，能在表面非結(jié)晶部分形成一些含氧官能團(tuán)，如,羧基(COOH),、,羥基(OH),、,羰基(CO),。這些基團(tuán)使它具有,化學(xué)吸附,的能力和良好的,催化活

56、性,，能加速表面的一些化學(xué)反應(yīng)，有效地吸附并除去廢水、廢氣中的有害物質(zhì)。活性炭纖維是近年發(fā)展起來的新型固體吸附劑，比活性炭有更大的比表面積，常做成毛氈形，可操作性更好，它在工業(yè)溶劑回收、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生等方面應(yīng)用效果很好。,活性炭,95,煤質(zhì)顆粒,活性炭,系列產(chǎn)品,96,分子篩,是指人工合成的沸石型不溶性硅鋁酸鹽，因能篩選大小不同的分子而得名。其組成通式可表示為M,x,/,n,(AlO,2,),x,(SiO,2,),y,m,H,2,O，這里,n,代表金屬離子 M 的電荷數(shù)，金屬離子 M 通常是指 Na,+,，K,+,，Ca,2+,等；,x,是指 A1O,2,單元數(shù)，,y,是指 SiO,2,的

57、單元數(shù)；,m,代表結(jié)晶水的分子數(shù)；,x,/,n,表示金屬離子 M 的個(gè)數(shù)。分子篩的骨架一般由 SiO,4,和 A1O,4,四面體結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成，再以不同方式連接成立體的網(wǎng)狀骨架。如,圖2-14,所示。,A型分子篩的結(jié)構(gòu),分子篩,97,分子篩產(chǎn)品,4A分子篩,是一種堿金屬硅鋁酸鹽，能吸附臨界直徑不大于4 的分子。它可吸附 H,2,O、NH,3,、H,2,S、SO,2,、CO,2,、C,2,H,5,OH、C,2,H,6,、C,2,H,4,、C,3,H,6,等。廣泛應(yīng)用于氣體、液體的干燥，也可用于某些氣體或液體的精制或提純，如氬氣的制取。,應(yīng)用領(lǐng)域,：,石油化工 、藥品包裝、電子工業(yè)家用冷凍系統(tǒng) 涂

58、料及塑料系統(tǒng),例如：,4A分子篩,淄博迅達(dá)化工有限公司,98,人類在一系列社會(huì)活動(dòng)中產(chǎn)生了不再具有原使用價(jià)值而被丟棄的固態(tài)物質(zhì)稱為,固體廢棄物,。它包括,工業(yè)廢棄材料,、城鎮(zhèn)渣土、礦山,殘?jiān)?、,生活垃圾,和,生物質(zhì),（Biomass）等。全世界每年產(chǎn)生的廢棄物超過 100 億噸。,四、固體廢棄物,99,固體廢棄物若處理不當(dāng)，危害極大。它,占用大面積土地,；重金屬滲入土壤被植物吸收，再通過食物鏈富集進(jìn)人人體內(nèi)引起,中毒,；有機(jī)固體廢棄物腐爛,滋生病菌,，成為疾病感染源。,固體廢棄物的危害,100,廣東省潮陽市的貴嶼鎮(zhèn)（中國(guó)網(wǎng)）,堆積如山的,電子垃圾,（,2001,年,12,月,),101,對(duì)廢

59、舊金屬材料、玻璃、紙張、橡膠、塑料等可以回收利用，成為,二次資源,。,對(duì)于量大、面廣的生活垃圾和生物質(zhì)，有的采用衛(wèi)生填埋處理，大部分可通過化學(xué)或生物技術(shù)處理，使其轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)。比如，隔絕氧氣加熱分解生物質(zhì)制成液體燃料，代替部分石油產(chǎn)品；利用酶技術(shù)轉(zhuǎn)化為乙醇，成為清潔燃料；通過厭氧細(xì)菌進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生 CO 和 CH,4,等氣體；通過好氧細(xì)菌進(jìn)行氧化、分解，變成腐殖質(zhì)、CO,2,和水。CH,4,等氣體可用作能源，腐殖質(zhì)是改善土質(zhì)的必需物質(zhì)。,因此，對(duì)固體廢棄物的,再生化、資源化,或高附加值化等合理處置和綜合利用是改善人類生存環(huán)境的重要內(nèi)容之一。,固體廢棄物的,再生化、資源化,102,投料,焚燒,

60、鍋爐,焚燒垃圾發(fā)電,103,近年來，對(duì)難降解的塑料等合成高分子固體廢棄物（如廢舊輪胎）進(jìn)行熱分解的研究進(jìn)展很快。在無氧或低氧條件下高溫加熱，使高分子裂解，產(chǎn)生氣體、油狀液體和焦等，其組成隨原料類型及熱裂解溫度、加熱時(shí)間的不同而有區(qū)別。產(chǎn)物可以制成液體燃料、活性炭等而被利用，達(dá)到變廢為寶的目的。,高分子裂解,104,2. 3 液體和液晶,1掌握水的重要物理性質(zhì)，氫鍵的產(chǎn)生及對(duì)水性質(zhì)的影響，水的電導(dǎo)率和pH概念及其應(yīng)用，理解熔化熱、氣化熱、摩爾熱容、質(zhì)量摩爾濃度等概念。,2理解溶液的蒸氣壓降低、凝固點(diǎn)下降、沸點(diǎn)上升和產(chǎn)生滲透壓的原因，了解稀溶液依數(shù)性定量計(jì)算公式的適用條件和應(yīng)用實(shí)例。,3了解液體燃

61、料的來源、開發(fā)、規(guī)格和應(yīng)用。,4能聯(lián)系實(shí)例指出表面活性物質(zhì)的類型及親水基團(tuán)、憎水基團(tuán)的組成，掌握十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸鈉、平平加型和OP 型等表面活性物質(zhì)的化學(xué)式，理解潤(rùn)濕、滲透、增溶、膠束、發(fā)泡、消泡等概念，了解 WO，OW 表示的意義，了解 HLB 值的概念及應(yīng)用。,5理解液晶的分子排列特征及其性質(zhì)。了解液晶材料的應(yīng)用。,學(xué) 習(xí) 要 求,105,液體,中的原子及其結(jié)合態(tài)微粒不像晶體中那樣有序排列，而只在局部范圍內(nèi)保持一定程度的有序排列，即遠(yuǎn)程無序，近程有序。液體沒有固定的形狀，具有流動(dòng)性。介于晶體與液體之間的一種介晶狀態(tài)，稱為,液晶,態(tài)，液晶不同于一般的固體和液體。,106,一、,水的性

62、質(zhì)和應(yīng)用,水分子中，氫、氧原子以共價(jià)鍵相結(jié)合，O,H 鍵長(zhǎng)為 0. 09572 nm，HOH 為104. 52,。,氣相水的結(jié)構(gòu),四面體形電荷分布體系,-,-,+,+,水的氣態(tài)二聚體,107,水分子的結(jié)構(gòu)和水分子間的氫鍵作用決定了水具有許多特殊性質(zhì)。,雪花,據(jù)有關(guān)研究，每 1 億片雪花中，很難找到兩片外形相同的雪花,108,圖2-15 水團(tuán)簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),水分子間存在氫鍵而發(fā)生締合，形成水的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)(H,2,O),n,，如,圖2-15,所示。,水的團(tuán)簇結(jié)構(gòu),氫鍵,109,水在4時(shí)密度最大。晶體水,冰具有如,圖2-16,的穩(wěn)定六方晶型結(jié)構(gòu)，氧原子相距,0. 276 nm，中心的水分子以氫鍵和其4個(gè)

63、相鄰水分子相聯(lián)構(gòu)成四面體，三維伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。隨著溫度升高，冰熔化，這種“冰山”結(jié)構(gòu)塌陷，水分子排列變得更緊密，在4時(shí)達(dá)到極值，此時(shí)密度最大，出現(xiàn)所謂的“冷脹熱縮”現(xiàn)象。,圖2-16 冰的結(jié)構(gòu),水的密度,110,水締合程度大，活性喪失嚴(yán)重，因而變成了“死水”。但水分子間的氫鍵在加熱、磁場(chǎng)等條件下將被破壞，從而降低了締合度。,水是最常見的液體和工程上應(yīng)用最多的溶劑。物質(zhì)一般在熱水中的溶解度大，熱水洗滌效果好；熱茶較冷水解渴等都與水的締合度降低或被解除有關(guān)。用磁化水做溶劑，可增大礦物質(zhì)的溶解度，因此常飲磁化水能降低人體“結(jié)石病”。,111,表2. 7 不同水樣的電導(dǎo)率,水樣,電導(dǎo)率Sm,1,自來水,5. 010,1, 5. 310,