單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,第二章 物質(zhì)的化學組成和聚集狀態(tài),工程化學基礎,1,本章內(nèi)容提要,物質(zhì)是由原子、離子、分子等原子的結合態(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)分為無機物和有機物兩大類。,原子、分子及其結合態(tài)因其所處條件不同，他們又可分成單質(zhì)、簡單化合物、配合物、高分子化合物、金屬有機化合物等。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)的化學組成,學 習 要 求,1聯(lián)系實例，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式。,2認識物質(zhì)化學組成的復雜性，了解 C,60,等團簇和,Si：H，F(xiàn)e,3,C 等非整比化合物、不符合正?；蟽r規(guī)則的物質(zhì)的存在及其工程應用。,3認識金屬有機化合物，比較 MCC 鍵和 MOC 鍵鍵能大小，了解其工程應用。,4了解蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的化學組成，能分別寫出23 種堿基、氨基酸的化學式，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用和開發(fā)前景。,5聯(lián)系實例，理解物質(zhì)的化學組成和結構是決定其性能和應用的基礎。,4,物質(zhì),實物,場,無機物,有機物,單質(zhì)及簡單化合物(氧化物、酸、堿、鹽),復雜化合物(配合物、團簇、超分子),無機高分子(無機固體材料等),簡單化合物(烴及其衍生物、醇、醛、羧酸、酯等),有機高分子,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),復雜化合物(超分子),金屬有機,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，有若干個負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離子或中性分子稱為,配位體,，,簡稱配體。中心離子和配位體之間靠,配位鍵,結合。,英語中稱做：Coordination Compound，意為“協(xié)同化合物”,或 Complex Compound，意為“復雜化合物”。譯成“配合物”或“絡合物”,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,復雜多元有機酸根、多元胺等常常含有兩個或兩個以上的配位原子，它們作為配位體時稱為,多,齒配體,。多齒配體與中心離子形成具有環(huán)狀結構的配合物又稱,螯合物,，螯合物的穩(wěn)定性很強。,9,反式-二氯·二氨合鉑(),順式-二氯·二氨合鉑(),例如,具有抗癌活性,無活性。,配合物的結構與性能,螯合物的穩(wěn)定性很強是因為,螯合效應,的結果。即多齒配體與中心離子形成了環(huán)狀結構 。結構對配合物的性質(zhì)有很大影響。具有相同化學組成的配合物往往有不同的空間結構，并表現(xiàn)出不同的性能。,10,團簇是指由幾個至上千個原子、分子或其結合態(tài)粒子聚集而形成的相對穩(wěn)定的介觀聚集體。它的研究在20世紀80年代后迅速發(fā)展。團簇的空間尺度在納米(10,9,m)量級左右。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。團簇的結構、性能與所含原子、分子或其結合態(tài)粒子數(shù)密切相關，它的物理和化學性質(zhì)不同于單個原子或分子，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，但它們的團簇可以是超順磁性的；常規(guī)順磁性的 Na、K 等的團簇卻是鐵磁性的。團簇是許多納米材料的基礎。,二、團簇,11,圖2-2,金剛石、石墨、C,60,的結構示意圖,(c) C,60,黃色為雙鍵,紅色為單鍵,在大量的團簇中，研究最多的是碳團簇，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,作為結構基元而形成的 C,60,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,碳團簇,12,球碳團簇及其衍生物在超導電性、半導體、非線性光學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,的超導轉(zhuǎn)變溫度分別為 18 K、30 K、31. 3 K、45 K 和 48 K。球碳團簇在高新技術領域具有廣闊的應用前景，美國化學家 Smalley R. E.，Curl R. F. 和英國化學家 Kroto H. W. 因?qū)﹂_拓這個新領域的貢獻榮獲1996年諾貝爾化學獎。,CsC,60,H. W. 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,的三位科學家,13,碳納米管,除球形的 C,60,等碳團簇外，還有1991年發(fā)現(xiàn)的碳納米管（如圖2-3），也稱“,布基管,”，以及結構類似洋蔥的“,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 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，但很結實。它的密度是鋼的 1/6，而強度卻是鋼的 100 倍。用這樣輕而柔軟、又非常結實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。,中國科學院納米科技網(wǎng),圖2-3 碳納米管的結構示意圖,14,碳納米管可以是不同禁帶寬度的半導體，也可以是準一維導體。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線，使電子芯片集成度更高，體積更小。,納米碳管的細尖極易發(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。,碳納米管潛在的應用前景,15,固體中含有多種原子，其結合態(tài)的組成和結構十分復雜，如：,將其組成約簡后，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,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,。,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固體材料的光、電、聲、磁、熱、力學等性質(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”古銅鏡耐磨是因為其表面形成了一層非整比化合物：Sn,1-,x,Cu,x,O,2,例如：,碳化物、氮化物,在鋼材中能有效地提高鋼材的硬度；,18,根據(jù)不同的顯示器件對顯示技術的要求，科潤光電推出了陰極射線與投影管（CRT）發(fā)光材料、半導體二極管（LED）發(fā)光材料、場發(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，并適應背投電視蓬勃發(fā)展的市場狀況，建設了紅、藍、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、綠等過渡色。,上海科潤光電材料有限公司,Phosphors for Display,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)常用到的半導體材料，其中,表示非晶態(tài)，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),是用于計算機儲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；,20,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,由金屬原子和有機基團中碳原子鍵合而成，含金屬,碳鍵（MC）的化合物稱金屬有機化合物，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,),；,四、金屬有機化合物,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活性，對空氣敏感，遇水劇烈水解。,(2)鍵化合物。第 IIIAVIIA 族和第 IB、IIB 族元素與有機基團主要以共價鍵結合形成化合物，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通過金屬軌道和電子之間相互作用而生成的配合物，如 Cr(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含鍵和鍵的金屬有機化合物，如羰基金屬M(CO),n,。,23,另外，還有多中心鍵型金屬有機化合物，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)元素都可以與有機基團中的碳以各種方式結合，硼、磷、砷和硅等的有機化合物一般也包括在金屬有機化合物范圍之內(nèi)；對過渡金屬，可形成 MO、MS、MP 或 MN鍵，如 Pd(PPh,3,),4,（Ph指苯基）、Al(OC,3,H,7,),3,等，也常劃為金屬有機化合物。所以金屬有機的范圍在不斷擴大，也說明科學和人的認識都是不斷發(fā)展的。,24,金屬有機化合物是電子、光學、磁性等功能材料、超純材料和精細陶瓷等許多工業(yè)加工中的重要物質(zhì)基礎。金屬鎳粉與 CO 反應得到液態(tài) Ni(CO),4,，在稍高溫度下分解便得到純鎳。,金屬有機化合物應用實例,25,過渡金屬有機化合物中，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,),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，實驗證明 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,(碳氫化合物),700,化學氣相沉積,26,既有無機物的,金屬有機化合物的橋梁作用,27,高分子化合物，簡稱,高分子,，又稱,高聚物,，它的相對分子質(zhì)量高達幾千甚至幾百萬。有無機高分子和有機高分子之分，這里討論有機高分子。有機高分子中有,纖維素、蛋白質(zhì)、淀粉、木質(zhì)素,等天然高分子和有機小分子聚合而成的合成高分子。工程應用中多為合成高分子。世界上,第一個合成高分子,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,結合而成：,單體,鏈節(jié),多分散性,：高分子化合物相對分子質(zhì)量大小不等的現(xiàn)象,簡寫,：,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）由己二胺和己二酸為單體經(jīng)過,縮聚,反應制得：,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)來計量的,在聚酰胺化學式中，名稱后的第一個數(shù)字“6”指二元胺的碳原子數(shù)，第二個數(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 式,單 體,聚乙烯,CH,2,CH,2,聚丙烯,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 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 式,單 體,聚丙烯酰胺,聚對苯二甲酸乙二(醇)酯,HO CH,2,CH,2,OH,酚醛樹脂,HCHO,，,聚二甲基,硅氧烷,34,名 稱,ABS,化學式,單 體,CH,2,CHCN,，,CH,2,CH,CH,CH,2,，,35,高分子化合物的命名,(4)有時還以高分子化合物的主要用途或最初用途表示命名，屬,習慣名稱,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(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)英文名稱的第一個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,化學名稱,習慣名稱或,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-styrene copolymer,PE,PP,PVC,PS,ABS,纖 維,聚對苯二甲酸乙二(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-Polybutadiene rubber,cis,-1,4-Polyisoprene rubber,Ethylene-propylene rubber,SBR,BR,IR,EPR,37,構成生命的物質(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成的生物大分子，相對分子質(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- 構型的,- 氨基酸,L- 構型,D- 構型,人體細胞含有 3 000 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,-碳上有一個氨基(,NH,2,) 的有機羧酸（,-氨基酸,），結構通式為,R,CH(NH,2,)COOH，R 是每種氨基酸的特征基團。最簡單的氨基酸是甘氨酸，其中R基是一個,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,中文名稱,英文縮寫,R,基團的結構,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,的名稱和結構,40,序號,中文名稱,英文縮寫,R,基團的結構,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*,Arg,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 個不相同的基團相連。這種結構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，它們之間的關系就象實物和鏡像、左手和右手的關系：,手性分子,42,生物界 10,10,10,12,數(shù)量級的蛋白質(zhì)種類中，有些完全由氨基酸組成，這是,簡單蛋白質(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,結合蛋白質(zhì),。,43,蛋白質(zhì)的空間結構,蛋白質(zhì)的,空間結構,又叫蛋白質(zhì)的,構象,、,高級結構,、,立體結構,、,三維結構,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)分子構象的化學鍵有：氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、,Van der Waals,力和二硫鍵。,蛋白質(zhì)的空間結構主要包括蛋白質(zhì)的二級結構、三級結構和四級結構。,44,在,-,螺 旋,結構中，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)的三級結構,纖維狀蛋白質(zhì),一般只有一類二級結構構象單元，而,球狀蛋白質(zhì),可能在同一分子內(nèi)有幾類二級結構構象單元。,蛋白質(zhì)的,三級結構,（,tertiary structuer,）是指蛋白質(zhì)（主要指球狀蛋白）分子在二級結構的基礎上進一步卷曲、折疊而構成的一種不規(guī)則的、特定的、更復雜的空間結構。,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)于細胞核并且具有酸性而得名。核酸是信息分子，擔負著遺傳信息的儲存、傳遞及功能表達。核酸分為,脫氧核糖核酸(DNA),和,核糖核酸(RNA),兩類。DNA主要集中在細胞核內(nèi)，RNA主要分布在細胞質(zhì)中。它們由,磷酸,、,脫氧核糖,或,核糖,、,有機堿,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（Cytosine），胸腺嘧啶（Thymine）和尿嘧啶（Uracil）的英文第一個字母。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,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,，其結構如下,：,(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,),復制,(,酶,),復制,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 的復制由親代傳遞給子代。在后代的生長發(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,是一個特定的 DNA 片段，通常有 1 000 5 000 個堿基對，一個 DNA 分子可以含有多達上萬個基因，人體的46條染色體大約含100萬個基因。人類基因組計劃的核心就是要測定人類基因組的全部 DNA 序列，從而獲得人類全面認識自我的最重要的生物信息。,基因,52,基因芯片的檢測速度之所以這么快，主要是因為基因芯片上有成千上萬個微凝膠，可進行并行檢測；同時，由于微凝膠是三維立體的，它相當于提供了一個三維檢測平臺，能固定住蛋白質(zhì)和 DNA 并進行分析。,內(nèi)嵌基因芯片的基因檢測裝置,基因芯片，又稱 DNA 芯片，與計算機芯片非常相似，只是高度集成的不是半導體管，而是成千上萬的網(wǎng)格狀密集排列的基因探針。每個基因探針包含著由若干個核苷酸組成的 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 40 100 萬種基因探針，根據(jù)堿基互補配對原則捕捉相應的 DNA，從而對遺傳物質(zhì)進行分子檢測。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，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分子引入受體細胞，使重組DNA在受體細胞中得以復制與表達。,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，進而提取這些物質(zhì)，就可以進行工業(yè)化生產(chǎn)。,采用 DNA 重組及細胞融合等技術改造了蘇氨酸、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。從化學結構上看，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，以滿足生命活動的能量需要。如葡萄糖的氧化反應：,C,6,H,12,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 個單糖。蔗糖、乳糖和麥芽糖都是二糖。,58,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個以上的單糖。如植物體內(nèi)的淀粉、纖維素，動物體內(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。與生物體關系最密切的多糖是淀粉、糖原和纖維素。,59,糖原,又稱動物淀粉，是動物的能量儲存庫。糖原呈無定型無色粉末，較易溶于熱水形成膠體溶液。糖原在動物的肝臟和肌肉中含量最大。當動物血液中葡萄糖含量較高時，就會結合成糖原儲存于肝臟中，當葡萄糖含量降低時，糖原就分解成葡萄糖而供給機體能量。,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構，具有良好的機械強度和化學穩(wěn)定性。纖維素不僅不溶于水，甚至不溶于強酸或堿。人體中由于缺乏具有分解纖維素結構所必需的酶，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，是植物細胞壁的主要成分；是制造人造絲、人造棉、玻璃紙、火棉膠等的主要原料；在制備復合材料中也有較多應用。,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)系實際理解各類晶體名稱、晶格結點上粒子及其作用力、熔點、硬度、延展性、導電性的不同。,2了解耐高溫、易熔金屬實例及應用，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用。,3理解非晶態(tài)高分子化合物的三種物理狀態(tài)及成因，理解玻璃化溫度、粘流化溫度的意義及應用，了解,Si：H的應用。,4聯(lián)系活性炭、分子篩等實例，理解固體吸附劑的表面組成特點及功用。,5了解固體廢棄物的產(chǎn)生、危害和資源化途徑。,學 習 要 求,64,固體,是我們把原子及其結合態(tài)微粒在一定溫度和壓力條件下進行研究的一個系統(tǒng)，即固態(tài)系統(tǒng)。習慣上稱系統(tǒng)為體系，故有固體這個術語。固體中的原子及其結合態(tài)粒子在空間的排布，如果長程有序便稱為,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。若把原子及其結合態(tài)微?？闯蓭缀螌W上的結點，這些結點按一定規(guī)則排列所組成的幾何圖形叫作,晶格,或,點陣,，如圖,2-7(b),。晶體三維點陣中存在一個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,晶格或點陣,晶胞,67,十二面體鉆石晶體,鉆石及其母巖,如果能用一個空間點陣圖形貫穿整個晶體，這個晶體又叫,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?shù)貢r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,的鉆石，這枚鉆石將會在下月 20 日在日內(nèi)瓦進行拍賣，預計起拍價會在,500 和 600 萬英磅,(,800 萬-1 000 萬美元,) 之間,人民網(wǎng) 2003年10月08日,天價鉆石,69,硅單晶,70,一般的固體材料不能用一個空間點陣圖形貫穿，它們稱為,多晶體,。,多晶體,71,1離子晶體,離子晶體,的晶格結點上交替排列著正、負離子，靠離子鍵結合。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)良的導電性，但在固體狀態(tài)時離子限制在晶格的一定位置上振動，所以幾乎不導電。,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變化規(guī)律,物質(zhì),KF,NaF,CaF,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,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,分子晶體的晶格結點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)或氫鍵相結合。屬于分子晶體的物質(zhì)一般為非金屬元素組成的共價化合物，如 SiF,4,，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。對于無氫鍵的相同類型分子晶體，分子間力隨相對分子質(zhì)量增大而增大，熔點、沸點也隨之增高。由于分子間力較弱，分子晶體的硬度較小，熔點一般低于 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 Hare's PhD thesis, Sussex University, 1993.),C,60,的晶體結構,77,3原子晶體,原子晶體的晶格結點上排列著中性原子，原子間由共價鍵結合。由非金屬元素組成的共價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) 的晶體結構,金剛石,藍色球和紅色球都是碳原子，用紅色球凸顯四個位置特殊的碳原子。,79,4金屬晶體,金屬晶體,的晶格結點上排列著原子或正離子。原子或正離子通過自由電子結合，這種結合力是金屬鍵。金屬鍵的強弱與構成金屬晶體原子的原子半徑、有效核電荷、外層電子組態(tài)等因素有關。,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,和,較大的硬度,，通常所說的耐高溫金屬就是指熔點高于鉻的熔點 (1 857 ) 的金屬，集中在副族，其中熔點最高的是鎢(3 410 ) 和錸 (3 180 )，它們用作測高溫的熱電偶材料。,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,導電、導熱性,，尤其是第 IB 族的 Cu，Ag，Au。金屬晶體還有良好的,延展性,等機械加工性能，有,金屬光澤,、,對光不透明,等特性。純金屬及其合金構成的金屬材料是最重要的結構材料之一。,82,5過渡型晶體,將晶體分成上述四個基本類型，給研究和使用帶來很多方便，但僅僅是簡單的概括。更多晶體的晶格結點粒子間作用發(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。當鎢絲受熱，溫度維持 250 650,時，,W,升華到燈管壁與 I,2,生成 W I,2,；W I,2,在整個燈管內(nèi)擴散，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,實際晶體中還有晶格粒子間同時存在幾種作用力的混合鍵型晶體。例如，層狀結構的石墨、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鍵結合，平面結構的層與層之間則以分子間力結合。由于層間的結合力較弱，容易滑動，所以常被用作滑潤油和滑潤脂的添加劑，以膠粒的形式分散在油或脂中。六方型氮化硼（熔點 2 983,），又稱,白色石墨,，比石墨更能耐高溫，化學性質(zhì)更穩(wěn)定，可用來制作熔化金屬用的容器、耐高溫實驗儀器及耐高溫固體潤滑劑。,84,圖2-11 石墨的層狀結構,氧原子,硅原子,SiO,4,4,四面體,圖2-12 硅酸鹽結構示意圖,85,與晶體晶格結點上微粒長程有序排列不同，非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)榱鲃尤垠w的一個過程，所以無確定的熔點。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，其結構與相應液態(tài)結構完全不同，可有多種非晶體結構，不存在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度。它們在半導體材料中經(jīng)常用到。目前廣泛應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，其結構與相應液態(tài)在轉(zhuǎn)變溫度時的結構相同。,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,目前使用的許多半導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、薄的柔性襯底生長的廉價光電池、激光書寫和復印機上的長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 60 年代后才在制備技術上得到突破。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?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，具有高強度、高韌性、高硬度、高光潔度和抗腐蝕、抗輻射、抗沖擊等特點。,91,4石英光導纖維,值得提及的是石英光導纖維，石英光導纖維也是非晶體材料，具有優(yōu)良的導光性。光導纖維利用光脈沖傳輸信息，具有傳輸信號容量大、損耗小、中繼站少等優(yōu)點，是發(fā)展現(xiàn)代通信的關鍵性材料。,光導纖維除以 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,氧化物光導纖維,以及 ZrF,4,LaF,3,BaF,4,等,氟化物光導纖維,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的吸引力，而且各個方向受力較均勻；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，鋼鐵放在大氣中，其表面就會吸附一層 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，具有很強的,物理吸附,能力?；钚蕴吭诨罨^程中，能在表面非結晶部分形成一些含氧官能團，如,羧基(COOH),、,羥基(OH),、,羰基(CO),。這些基團使它具有,化學吸附,的能力和良好的,催化活性,，能加速表面的一些化學反應，有效地吸附并除去廢水、廢氣中的有害物質(zhì)?；钚蕴坷w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、醫(yī)療衛(wèi)生等方面應用效果很好。,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,的單元數(shù)；,m,代表結晶水的分子數(shù)；,x,/,n,表示金屬離子 M 的個數(shù)。分子篩的骨架一般由 SiO,4,和 A1O,4,四面體結構單元所構成，再以不同方式連接成立體的網(wǎng)狀骨架。如,圖2-14,所示。,A型分子篩的結構,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 Å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。,應用領域,：,石油化工 、藥品包裝、電子工業(yè)家用冷凍系統(tǒng) 涂料及塑料系統(tǒng),例如：,4A分子篩,淄博迅達化工有限公司,98,人類在一系列社會活動中產(chǎn)生了不再具有原使用價值而被丟棄的固態(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,殘渣,、,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，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人人體內(nèi)引起,中毒,；有機固體廢棄物腐爛,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)（中國網(wǎng)）,堆積如山的,電子垃圾,（,2001,年,12,月,),101,對廢舊金屬材料、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，大部分可通過化學或生物技術處理，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；利用酶技術轉(zhuǎn)化為乙醇，成為清潔燃料；通過厭氧細菌進行發(fā)酵，產(chǎn)生 CO 和 CH,4,等氣體；通過好氧細菌進行氧化、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,鍋爐,焚燒垃圾發(fā)電,103,近年來，對難降解的塑料等合成高分子固體廢棄物（如廢舊輪胎）進行熱分解的研究進展很快。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)生及對水性質(zhì)的影響，水的電導率和pH概念及其應用，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、凝固點下降、沸點上升和產(chǎn)生滲透壓的原因，了解稀溶液依數(shù)性定量計算公式的適用條件和應用實例。,3了解液體燃料的來源、開發(fā)、規(guī)格和應用。,4能聯(lián)系實例指出表面活性物質(zhì)的類型及親水基團、憎水基團的組成，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)的化學式，理解潤濕、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)。了解液晶材料的應用。,學 習 要 求,105,液體,中的原子及其結合態(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，即遠程無序，近程有序。液體沒有固定的形狀，具有流動性。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、,水的性質(zhì)和應用,水分子中，氫、氧原子以共價鍵相結合，O,H 鍵長為 0. 09572 nm，HOH 為104. 52,°,。,氣相水的結構,四面體形電荷分布體系,-,-,+,+,水的氣態(tài)二聚體,107,水分子的結構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 水團簇的穩(wěn)定結構,水分子間存在氫鍵而發(fā)生締合，形成水的團簇結構(H,2,O),n,，如,圖2-15,所示。,水的團簇結構,氫鍵,109,水在4時密度最大。晶體水,冰具有如,圖2-16,的穩(wěn)定六方晶型結構，氧原子相距,0. 276 nm，中心的水分子以氫鍵和其4個相鄰水分子相聯(lián)構成四面體，三維伸展形成空間網(wǎng)狀結構。隨著溫度升高，冰熔化，這種“冰山”結構塌陷，水分子排列變得更緊密，在4時達到極值，此時密度最大，出現(xiàn)所謂的“冷脹熱縮”現(xiàn)象。,圖2-16 冰的結構,水的密度,110,水締合程度大，活性喪失嚴重，因而變成了“死水”。但水分子間的氫鍵在加熱、磁場等條件下將被破壞，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。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“結石病”。,111,表2. 7 不同水樣的電導率,水樣,電導率S·m,1,自來水,5. 0×10,1, 5. 3×10,