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文档简介
1、Chem第二章第二章 化学化学与生活与生活陈巧玲陈巧玲 清华大学清华大学经济管理学院经济管理学院 研究生研究生 中国食品安全档案搜集了近年来爆发的一系列食品安全问题的相关新闻报道和学术研究报告,以档案辑录的方式呈现给公众。为丰富资料,陈巧玲走访了多地农场、批发市场、超市、食品企业与大小作坊,核实调查。 陈巧玲说,她很清楚目前的工作不可能立竿见影地解决问题,“但希望这份记录让人们了解危险在哪里,以及我们的时代发生了什么。主讲:化学工程学院主讲:化学工程学院殷长龙殷长龙2015年年4月月2-1 牙膏2-2 洗涤和护肤用品2-3 洗护染烫发人造纤维与合成纤维有什么区别?蚕丝是纤维吗?尼龙66中的66
2、表示什么含义?肥料三大要素是什么?氢气从哪里来?过度使用农药的危害有哪些?DDT和六六六是什么结构的农药?焰火中的颜色从哪里来?什么是光肥?为什么变色眼镜会变色?秋天树叶为什么会变色?苹果为什么一边红一边绿?问题问题化学使人类丰衣足食化学使人类丰衣足食一天然纤维和人造纤维一天然纤维和人造纤维 1 1、天然纤维植物性纤维(棉、麻)、天然纤维植物性纤维(棉、麻)的化学成分:的化学成分:纤维纤维素素,多聚糖,多聚糖,天然高分子化合物天然高分子化合物。碳水化合物,可分为单。碳水化合物,可分为单糖、低聚糖和多聚糖。糖、低聚糖和多聚糖。l纤维素结构片段天然纤维和人造纤维天然纤维和人造纤维2 2、人造纤维、
3、人造纤维: : 用用化学处理化学处理的方法,使不能纺丝的天然纤维的方法,使不能纺丝的天然纤维(木材、芦苇、甘蔗渣、棉杆和麦杆)变成可纺丝(木材、芦苇、甘蔗渣、棉杆和麦杆)变成可纺丝的纤维。的纤维。 人造纤维可纺成长丝或切成短丝。长丝与蚕丝人造纤维可纺成长丝或切成短丝。长丝与蚕丝可混纺成各种绸缎;与棉纱混纺可制成线绨面料。可混纺成各种绸缎;与棉纱混纺可制成线绨面料。短丝与棉花混纺就是人造棉。短丝还可织成人造毛短丝与棉花混纺就是人造棉。短丝还可织成人造毛面料。面料。蚕丝蚕丝 外观也是外观也是纤维状纤维状的物质,但组成与纤维完全的物质,但组成与纤维完全不同,主要是蛋白质。不同,主要是蛋白质。二合成纤
4、维二合成纤维 合成纤维实际上是一种化学合成的高分子化合物,与天然高分子化合物(如纤维、淀粉)不同,合成高分子化合物都是用化学的方法,使小分子聚合而成。几种常用的合成纤维(1) 聚酯-涤纶(的确良) 原料:对二甲苯和乙二醇,来源于石油工业中的甲苯和乙烯。(2)聚酰胺-尼龙,原料:苯、丁二烯等(3)聚烯烃:腈纶、维尼纶、丙纶、氯纶。 原料:丙烯、氨、氯气l尼龙(英语Nylon)是一种人造的多聚物。l1935年2月28日杜邦公司的华莱士卡罗瑟斯在美国威尔明顿发明了这种塑料。l1938年尼龙正式上市,最早的尼龙制品是尼龙制的牙刷(1938年2月)和妇女穿的尼龙袜(1940年5月)。l今天,尼龙纤维是多
5、种人造纤维的原材料。硬的尼龙被用在建筑业中。l已二酸的合成+3H2Ni CatalystO2Co CatalystOH+OO2Mo catalystOOHOOHl己二胺的合成CH2=CH-CH=CH2+2H2OCatalystHOCH2CH2CH2CH2OHHBrCatalystBrCH2Ch2CH2CH2BrNaCNCatalystNCCH2CH2CH2CH2CNH2CatalystH2NCH2CH2CH2CH2NH2l已二酸和己二胺的交替共聚l在电影小兵张嘎中有这样一个镜 头:一位战士身披厚厚的棉被冒着枪林弹雨去救张嘎子,而他之所以安然无恙,就是因为棉被中排列杂乱的纤维有防子弹穿透的本领,
6、这就是“以柔克刚”。l最新发明的一种绒毛纤维“以柔克刚”的能力更强,可用于防弹背心阻止高速旋转的子弹射入。 l最新发明的一种绒毛纤维防弹衣的强度是钢铁的15倍。 l 防弹原理: 绒毛纤维能阻挡枪弹的奥秘是“绵里藏针”,它的高强度完全可以充当装甲,而它的绒毛状结构又像棉花状似的,具有以柔克刚的能力。这种材料一旦应用于未来战场,对传统的防弹材料是一个不小的冲击,也给各国的特种部队和武装警察、 特警提供了令人舒心的“定心丸”。l肥料三大要素:氮(N)、磷(P)、钾(K)l肥料包括有机肥和化肥(无机肥)两部分。有机肥的使用已有数千年的历史,并一直延续至今。目前,有机肥提供的纯养分占中国肥料消费总养分的
7、30%左右。l化肥工业总产值约占化学工业总产值的20% 。2006年化肥产量占世界总产量的1/5以上,位居全球第一。l在化肥工业中,氮肥占主导地位 ,磷肥次之 ,钾肥所占的比例最低 ,仅占化肥总量的4% 。l2006年,化肥总产量达4987万吨,氮、磷、钾肥的生产比例为1:0.30:0.07。中国的化肥消费l氮肥以尿素为主,磷肥主要是过磷酸钙和钙镁磷肥,复合型肥多为高浓度磷肥(磷铵、重钙、硝酸磷肥、氮磷钾复合肥)。l中国的钾肥生产因受资源的限制,一直是化肥工业中最薄弱的环节。中国钾肥的消费主要依赖从加拿大、俄罗斯和以色列进口。 l国产化肥占90,氮肥基本能自给自足,磷肥1/3靠进口,钾肥则大部
8、分需要进口。进口产品主要是氯化钾、硫酸钾、磷酸二铵和三元复合肥。l氮: 植物体内蛋白质的重要成分合成氨反应:N2+3H22NH3(500,40MPa,催化剂:-Fe) 氨可以合成的氮肥:硫酸铵、硝酸铵、氯化铵、碳酸氢铵、尿素 人类历史上最有意义的技术发明!氢的一般来源 电解水酸性介质:阴极 2H+2eH2 阳极 H2O2H+1/2O2+2e碱性介质:阴极 2H2O+2eH2+2OH- 阳极 2OH-H2O+1/2O2+2e焦煤气:炼焦过程中的焦煤气中,有52%的氢气。 炼油过程(焦化、催化裂化)的干气中,有3050的氢气。从碳氢化合物制取氢天然气制氢: CH4+H2OCO+3H2水煤气:C+H
9、2OCO+H2烃水蒸汽重整法:石油烃与水蒸汽的催化转化反应2. 磷肥 磷肥以磷矿石为原料,其主要成分是氟磷酸钙 Ca5F(PO4)3, 经化学处理后成为能让作物吸收的有效磷。脱氟磷肥(加SiO2,1400)含有效磷28%-52%重过磷酸钙(磷酸处理) 有效磷为45%-52%过磷酸钙 (硫酸处理) 有效磷为16%-18%沉淀磷肥(用硫酸、盐酸等分解矿石)有效磷为25%-35%钙镁磷肥(加镁硅酸盐,1400)含有效磷14%-20%3. 钾肥 常用钾肥有钾矿石(K2SO4)和氯化钾两种。 我国西北地区(青海湖)有大量钾盐矿。4. 化肥污染l化学肥料施入土壤后 ,被作物吸收利用的只占其施入量的 30
10、40 %,其余一部分固定于土壤中 ,还有一部分经挥发、分解、渗漏淋溶迁移出土壤。l土壤污染:酸化、离子污染、土壤病虫害、重金属和放射污染、土壤结构变化等 l过度使用化肥造成江河湖泊甚至近海的水体污染富营养化。四. 农药概述农药的功与过l现代农业大量使用农药,品种复杂,地域范围广。l发达国家:99%的谷物、土豆、甜菜和豆子,近94%的蔬菜,近92%的果树使用农药。l我国 解放后农药使用量逐年增多:目前,全国农业使用农药为23万吨左右,每公顷使用农药24.2公斤,每亩用量约2公斤 。l其中:杀虫杀螨剂占62%;杀菌剂占21%;除草剂占17%;杀鼠剂和植物生长调节剂所占比例很小(14%)。防治面积达
11、23亿亩左右,约占总面积的85%;每年可挽回粮食损失200-300亿公斤。概述农药的功与过l农业消除病虫害、提高作物产量 l畜牧业和渔业杀虫、消毒、杀菌(多宝鱼风波)l林业杀虫、杀菌(现代森林的啄木鸟)l公园和运动场l杀菌剂和木材防腐l工业制品壁纸和地毯l居室和庭院花园l其他DDT和疟疾、白蚁和大堤垮塌农药的广泛用途概述农药的功与过l农药在食物上的残留水果、蔬菜较为严重 l配药和喷洒农药的风险中毒l农药的流失空气、土壤和水体污染l除草剂对敏感作物的危害农作物和杂草同归于尽农药:对现代生活功不可没! 过度使用,危害环境和人类健康!过度使用农药的危害(1) 有机氯农药第一代农药具有代表性的有氯农药
12、:DDT和六六六ClCHClClClClClSiHClClClClDDTDDD优点:广谱杀虫剂缺点:高残留性南极企鹅体内发现了DDT 1,1-二-对氯二苯基-三氯乙烷 用Si代替C,DDD毒性显著降低六六六:六氯环己烷C6H6Cl6优点:广谱杀虫剂缺点:高残留性、生物积累近海鱼类体内六六六含量超标致死中量:能使某生物群体50%死亡所需的药剂量。敌敌畏是大家熟悉的有机磷农药,敌敌畏的LD50为:50mg/kg-80mg/kg残留时间短,但仍对人和非目标昆虫有毒。(2) 有机磷农药第二代农药RXPXOR1OR1x=O, S; R1=CH3, C2H5(3) 氨基甲酸酯农药第三代农药氨基甲酸酯类化合
13、物是一种典型的杀虫剂。残留时间短,但仍对人和非目标昆虫有毒。CH3NHOOR(4)新一代高效低毒农药:生物农药 除虫菊酯和拟除虫菊酯除虫菊: 原产于南斯拉夫的达尔马第亚、巴尔干阿尔卑斯山等地区,是一种菊科多年生草本植物,于1840年至1976年起逐渐引种至世界各地,至今已经有150年的栽培和使用历史。 早在19世纪初人们就用除虫菊素来防治蚊子、跳蚤、蟑螂等家庭卫生昆虫。在美国等国家,除虫菊素已成为最常用的家庭卫生杀虫剂之一。除虫菊酯和拟除虫菊酯除虫菊酯: 从除虫菊干花当中分离提取的一种纯天然物质。从除虫菊花朵中分离萃取出的具有杀虫活性的物质叫做除虫菊酯,又叫除虫菊素,它是一种无色、粘稠的油状液
14、体。 具有速效、低毒、低抗、低残留等特性。除虫菊的有效成分 除虫菊是目前世界上惟一集约化种植的杀虫植物,其杀虫活性物除虫菊酯(pyrethrins) 是由除虫菊酯、,瓜菊酯、和茉莉菊酯、 6种杀虫有效成分组成的复合型植物杀虫剂。除虫菊酯和拟除虫菊酯除虫菊素的杀虫特性对哺乳动物安全哺乳动物体内含有分解除虫菊酯的酶;来源于天然植物,易于降解,其提取过程及使用对环境污染较小; 高效广谱性,几乎对所有的害虫具有极强的触杀作用,具有迅速麻痹作用或击倒作用,而使用浓度极低;强触杀虫剂,无内吸作用,昆虫很难对其产生抗药性。拟除虫菊酯拟除虫菊酯: 化学结构和生物活性类似天然除虫菊酯的仿生合成杀虫剂。 拟除虫菊
15、酯虽具有高效、广谱、低毒、低残留等优点,但也存在着大部分品种对鱼具有毒性大、杀伤天敌、无内吸作用及对螨类药效不高等缺点。 溴氰菊酯的结构BrOBrOCN新型杀虫剂:Rohm Haas公司 含有二酰基肼基团,可模仿昆虫脱皮过程中体内的20-羟基脱皮素,抑制昆虫的脱皮,导致昆虫脱皮时不能进食。ONHNOTebufenozide 对毛虫、鳞翅目昆虫(包括蝴蝶和蛾)的幼虫起抑制作用,对其他非麟翅类昆虫无毒,对蜜蜂、寄生虫、蜘蛛、螨虫无害,对鱼类、鸟类、人的危害很小。用于油菜类作物、棉花、树木、甘蔗等。五. 植物生长调节剂 生长调节剂是在很低浓度下能调节植物生理的一类化合物。一般认为已发现的植物内激素有
16、5类:生长素(吲哚乙酸) 赤霉素细胞分裂素脱落酸芸苔素交酸(一种甾体结构化合物)合理运用植物生长调节剂的效果:(1) 促进植物生长-如赤霉素(俗称920)(2) 除草-利用某化学物质使杂草的生长受到极大的影响,而农作物却不受影响。还有一些新型农用化学物质,它们有更奇特的妙用:(1) 芸苔素交酯-加速植物细胞分裂和增大。(2) 昆虫激素-如:保幼激素、不育激素。(3) 化学信息物质诱吸剂化学使人类世界五彩缤纷化学使人类世界五彩缤纷 焰火中的化学焰火中的化学 颜色的产生颜色的产生, ,加色与减色效应加色与减色效应 照相中的化学照相中的化学 秋叶中的化学秋叶中的化学 五光十色的化学涂料五光十色的化学
17、涂料 艳丽的洗涤和护肤品艳丽的洗涤和护肤品l碱金属和碱土金属的焰色反应 当我们将碱金属或碱土金属的一些化合物置于火焰中,就可以看到火焰变成了各种颜色。l钠的化合物使火焰变成黄色,钾、铷、铯的化合物使火焰呈紫色,钡则为绿色,锂呈红色。l其他金属的化合物也有类似的焰色反应 焰火这一古老的艺术正是利用了金属化合物的焰色反应发射光谱。l碱金属包括: 锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、 铷(Rb)、铯(Cs)。l碱土金属包括: 铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)钡(Ba)。l锂 l钠 l钾 l铷l紫外光,E高 l可见光l 红外光,E低increasing frequencyincreasin
18、g wavelength光引发反应光引发反应光化学光化学l光的发射与吸收原理: 金属原子的外层电子在高温火焰的作用下从基态激发到激发态,而激发态电子极不稳定,在短时间内跃迁回低能态,在此过程中有能量释放,所以就会有焰色反应。而各种金属的能级不同,因此颜色不同。分光光度法分析样品中分子光光源源光光栅栅透透镜镜晶晶棱棱镜镜样样品品池池聚聚光光镜镜检检测测器器彩色农业-光肥” 利用特定波段的光波(不同色彩的光),对农作物进行照射,刺激农作物的内部组织,既可促进生长发育,又可提高营养成分的数量和质量。因此用彩色塑料薄膜使不同波长的光照射作物,增产效果明显。 红光:黄瓜和西红柿,成熟期提早,产量增加2倍
19、,果实中的糖分、维生素C及某些微量元素明显提高;黄光:芹莱,茎粗叶茂;蓝光:大豆,成熟期可缩短1月,蛋白质含量提高20; 绿色薄膜:菠菜,仅4天菠莱就能长到7厘米高;黑色薄膜:在黄瓜幼苗生成期间,用黑色薄膜蒙上几天,可促使黄瓜提前绽蕾开花; 紫光:茄子,提高产量。太阳是取之不尽、用之不竭的光能来源。目前地球上太阳光的利用率仅4,这种最经济最实惠的物理肥料已受到世界各国的重视,称它为彩色农业。This greenhouse uses Cibas Smartlight RL1000 additive to improve rose growth by shifting the wavelength
20、 of sunlight. November 17, 2003Chemical & Engineering NewsPINKHOUSE 粉色大棚下的玫瑰花l潜影的形成 照相底片是在一个片基材料上涂覆一层含有分散的卤化银(AgCl)。当光线作用于这层乳剂时,发生下列氧化-还原反应: 氧化:Cl- + h Cl + e 还原:Ag+ + e Ag 可以在胶片上产生看不见的潜影(银颗粒沉积)。l光线强的地方:Ag颗粒沉积多;l光线弱的地方:Ag颗粒沉积少。l一幅迄今为止最为古老的照片。这幅照片是法国摄影先驱约瑟夫-尼普西(Joseph Niepce)于1825年拍摄下来的。照片拍摄的景物是牵
21、着一匹骏马的少年。照片的大小为6英寸4英寸(15.24cm 10.16cm)。l尼普西是采用了一种名为“照相制版法” 拍摄这幅照片的,这是现代摄影艺术的最初尝试,这幅照片一直收藏于法国,但直到最近它才引起人们的注意。l变色镜片在制造时,加入了适量的卤化银作为感光材料。在强光照射下,卤化银分解为卤原子和银原子,这些不透明的黑色小点(纳米粒子)均匀分布在四处,当它们的数量达到一定规模时,就可使镜片的颜色变暗、变黑,透明度也逐渐下降。l卤化银晶体微粒在强光照射下虽会分解,但分解出来的卤原子和银原子仍近在咫尺,相互靠得很紧。一旦外界强光消失后,它们仍能互相结合成卤化银,从而使镜片恢复透明状态。l原理:
22、卤化银晶体微粒在光照下的可逆氧化还原反应AgBr + hv 变色褪色Ag+ BrlFormerly green leaves turn to brilliant shades of yellow, orange, and red. lThese color changes are the result of transformations in leaf pigmentslChlorophyll is not a very stable compound; bright sunlight causes it to decompose. To maintain the amount of chl
23、orophyll in their leaves, plants continuously synthesize it. lThe synthesis of chlorophyll in plants requires sunlight and warm temperatures.l Carotene absorbs blue-green and blue light. The light reflected from carotene appears yellow. Carotene is also a large molecule (C40H36) contained in the chl
24、oroplasts(叶绿体)of many plants.l When carotene and chlorophyll occur in the same leaf, together they remove red, blue-green, and blue light from sunlight that falls on the leaf. The light reflected by the leaf appears green.l Carotene is a much more stable compound than chlorophyll. Carotene persists
25、in leaves even when chlorophyll has disappeared. When chlorophyll disappears from a leaf, the remaining carotene causes the leaf to appear yellow.A A视黄醇,咸水鱼肝脏视黄醇,咸水鱼肝脏lAnthocyanins absorb blue, blue-green, and green light. Therefore, the light reflected by leaves containing anthocyanins appears red.
26、lThe color produced by these pigments is sensitive to the pH of the cell sap. If the sap is quite acidic, the pigments impart a bright red color; if the sap is less acidic, its color is more purple.lAnthocyanin pigments are responsible for the red skin of ripe apples and the purple of ripe grapes.lAnthocyanins are formed by a reaction between sugars and certain proteins in cell sap. The reaction also requires light. This is why apples often appear red on one side and green on the other; the red side was in the sun and the green side was in shade.l苹果为
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