高分子材料化学基础和化学反应概述

1、高分子材料化学基础和化学反应概述 前言 本课程简介第一章 物质结构基础第二章 有机合物和高聚物的基本概念 第三章 烃和碳链高聚物第四章 含氧（硫）有机化合物与杂链高聚物第五章 含氮（硅）有机化合物与杂链高聚物第六章 构象异构和对映异构(选讲)第七章 杂环化物(选讲)第八章 物理化学基础第九章 表面现象与分散体系第十章 高聚物的合成反应(选讲)第十一章 高聚物的化学反应(选讲)目 录前言 化学学科简介四大化学有机化学无机化学物理化学分析化学高分子化学结构化学电化学生物化学本课程简介课程组成课程任务课程目的第一章 物质结构基础第一节 原子结构和元素周期律第二节 分子结构和分子间力、氢键第三节 晶体

2、结构第一节 原子结构和元素周期律1、构成原子的粒子2、构成原子的粒子的性质3、原子结构模型4、核外电子的特征及表征5、元素周期律原子原子核核外电子质子中子1、构成原子的粒子2、构成原子的粒子的性质3、原子结构模型（1）道尔顿模型（1803）（2）汤姆生模型（1904）（3）卢瑟福模型（1911）（4）波尔模型（1913）（5）电子云模型（1935）（1）道尔顿模型（1803）道尔顿认为：原子是一个坚实不可分的实心球。（2）汤姆生模型（1904）汤姆生认为：原子上平均分布着正电荷，还镶嵌着同样多的带负电荷的电子。（3）卢瑟福模型（1911）卢瑟福等人认为：原子中，带正电荷的核位于中心，质量主要集

3、中在核上，电子在不同轨道上运动。（4）波尔模型（1913）波尔等人认为：原子中，带正电荷的核位于中心，质量主要集中在核上，电子在一定轨道上绕核作圆周运动。（5）电子云模型（1935）现代物质结构学说认为：设想核的位置固定，而电子并不是沿固定的轨道运动，由于不确定关系，也不可能同时测定电子的位置和速度。但我们可以用统计的方法来判断电子在核外空间某一区域出现的机会(概率)是多少。设想有一个高速照相机能摄取电子在某一瞬间的位置。然后在不同瞬间拍摄成千上万张照片，若分别观察每一张照片，则它们的位置各不相同，似无规律可言，但如果把所有的照片叠合在一起看，就明显地发现电子的运动具有统计规律性，电子经常出现

4、的区域是在核外的一个球形空间。 4、核外电子的特性和表征特性波粒二象性测不准及几率分布表征四个量子数 n，l，m，msPauli 不相容能量最低5、元素周期律（1）核外电子排布周期性（2）原子半径周期性（3）元素化合价周期性（4）元素电负性周期性（1）核外电子排布原子的最外层电子排布123121818882原子的最外层电子排布（2）原子半径逐渐减小逐渐减小（3）元素化合价1015410（4）元素电负性周期性结论：随着原子序数的递增，元素化合价呈现周期性变化。元素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性的变化。这个规律叫做元素周期律。元素性质的周期性变化是元素原子的核外电子排布的周期性变化的必然结

5、果。第二节 分子结构和分子间力、氢键一、价键理论1 化学键类型2 共价键的概念3 共价键的特征4 共价键的键型5.键参数二、分子间力三、氢键一、价键理论1、化学键类型化学键共价键金属键极 性 键非极性键离子键2 共价键的概念 Lewis G. N. 在1916年假定化学键所涉及的每一对电子处于两个相邻原子之间为其共享，用AB表示.双键和叁键相应于两对或三对共享电子. 自旋方向相反的未成对电子互相配对可以形成共价键3 共价键的特征 具有饱和性（是指每种元素的原子能提供用于形成共价键 的轨道数是一定的） 结合力的本质是电性的 具有方向性（是因为每种 元素的原子能提供用于形成 共价键的轨道是具有一定

6、的 方向）H Cl例如：H O HN N键：重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影为圆形，表明 电子云密度饶键轴（原子核之间的连线）对称. 形象的 称为“头碰头”. 键：重叠轨道的电子云密度饶键 轴不完全对称. 形象的称为 “肩并肩”.4 共价键的键型 由于共价键在形成时各个原子提供的轨道类型不同，所以形成的共价键的键型也有不同. 例如：有 键， 键和 键等.本章只要求熟知前两种.5.键参数 （1）键能E 以能量标志化学键强弱的物理量称键能(bond energy)。（2）键长l 分子中两原子核间的平均距离称为键长(bond length)。 （3）键角 分子中键与键之间的夹角称为键角(bond

7、 angle)。 产生偶极的分子为极性分子;不产生偶极的分子为非极性分子。 偶极矩是表示分子电荷颁布情况的一个物理量。1 分子的极性和偶极矩 二、 分子间作用力= q d 偶极矩单位：C m(库米)，具体方向性，偶矩极是否为零表明分子几何构型是否对称2 分子间作用力（1）取向力 这是指极性分子和极性分子之间的作用力。极性分子是一种偶极子，它们具有正负 两极。当两个极性分子相互靠近时，同极排斥，异极相吸，使分子按一定的取向排列,如图。从而使化合物处于一种比较稳定的状态。这种固有偶极子之间的静电引力叫做取向力（又称定向力或偶极力）。 （2）诱导力 这是发生在极性分子和非极性分子之间以及极性分子和极

8、性分子之间的作用力。当极性分子与非极性分子相遇时，极性分子的固有偶极所产生的电场，使非极性分子电子云变形（即电子云偏向极性分子偶极的正极），结果使非极性分子正、负电荷重心不再重合，从而形成诱导偶极子，如图。 (3) 色散力 指分子的瞬间偶极与瞬间诱导偶极之间的作用力，也叫伦敦力(London force). 通常情况下非极性分子的正电荷重心与负电荷重心重合，但原子核和电子的运动可导致电荷重心瞬间分离，从而产生瞬间偶极.瞬间偶极又使邻近的另一非极性分子产生瞬间诱导偶极，不难想像，两种偶极处于异极相邻状态 .(a)(b) 永远存在于分子或原子间 吸引力，作用能比化学键小12个数量级 没有方向性和饱

9、和性 作用范围只有几个pm 三种力中主要是色散力3 范德华力的本质极极：取向力、诱导力、色散力极非极：诱导力、色散力非极非极：色散力 这种方向与富电子氢化物中孤对电子占据的轨道在空间的伸展方向有关. 氢键的结构特点 现代结构研究证明，大部分物质氢键中的 角并不是180Represent of hydrogen bond HXYRrd三、氢键氢键的本质化合物中存在“H”、还必须存在具有孤对电子的元素大部分带有“H”的化合物都具有氢键作用，只不过氢键 作用力很小，如果另一元素的电负性较小，氢键几乎可 以忽略不计。大部分的有机化合物分子之间都存在氢键作用。 有非对称和对称之分 有强弱之分（与元素的电

10、负性有关） 有分子内和分子间之分 氢键的类型 氢键对化合物性质的影响 m.p.，b.p. 粘度 酸性 化学反应性Na+ O-CCO Na+ OH OO H O氢键REVIEW原子结构和元素周期律一、原子组成：电子、质子、中子 原子序数=核电荷数=核内质子数=核外电子数 质量数=质子数+中子数二、原子核外电子的运动状态 1. 原子模型的发展电子云模型 2. 核外电子的运动状态(排布情况) (1)电子层(n)表示的是电子离核的距离 (2)电子亚层和电子云形状(l=0，1n-1) 表示的是电子层再被细分为一个或者几个不同的分层 (3)电子云的伸展方向(m) 不同亚层有不同的伸展方向，s(1种)；p(

11、3种)；d(5种) (4)自旋方向(ms)只有两种，1/2 3. 原子核外排布的原理 (1)pauli 不相容原理 (2)能量最低原理 (3)Hunt 原理三、元素周期律 1. 原子半径周期律 2. 电离能周期律 3. 电子亲和能周期律 4. 电负性周期律 化学键一、化学键的种类离子键、共价键和金属键二、共价键的特性饱和性方向性三、共价键的类型 键 键四、共价键的参数键能E键长l键角五、杂化轨道理论杂化轨道理论的基本要点：(1)同一原子中能量相近的原子轨道之间可以通过叠加混杂， 形成成键能力更强的新轨道，即为杂化轨道。(2)原子轨道杂化时，一般使成对电子激发到空轨道而成单电子， 其所需的能量完

12、全由成键时放出的能量予以补偿。(3)一定数目的原子轨道杂化后可得数目相同、能量相等的各杂化轨道。2. 杂化轨道的类型sp杂化Sp2杂化Sp3杂化分子间作用力和氢键一、分子间作用力范德华力极性分子极性分子极性分子非极性分子非极性分子非极性分子二、氢键本质有H和带孤对电子的电负电性大的原子有分子内与分子间之分，有强弱之分，有方向性和饱和性一般来说：化学键氢键范德华力一、晶体结构的特征与晶格理论 1.晶体结构的特征 2.晶体类别 二、离子晶体 三、分子晶体 四、原子晶体 五、金属晶体 第三节 晶体结构固体物质按其中原子排列的有序程度不同可分为晶体 (crystal)无定形物质(amorphous s

13、olid)单晶体 (monocrystal)多晶体 (polycrystal)一、晶体结构的特征与晶格理论 1、 晶体的特征2.晶格类别七个晶系 十四种晶格 简单立方、体 心立方、面心立方、正交、体心正交、底心正交、面心正交四方、体心四方、单斜、底心单斜、三方、六方、三斜二、离子晶体定义： 占据晶体质点的是离子。特点： 离子晶体一般硬度较高，密度较大，难于压缩，难于挥发，有较高的熔点、沸点。常见离子晶体：NaCl、ZnS等(备注：大部分化学键为离子键的晶体)三、分子晶体 定义：在分子晶体的晶格结点(质点）上排列着分子（极性分子或非极性分子），这些分子通过分子间作用力相结合（在某些极性分子间还存在着氢键）。特点：由于分子间力比化学键要小得多，因此分子晶体的熔点和硬度都很低，它们不易导电。常见的分子晶体：如固态的HCl、NH3、N2、CO2（干冰）等都是分子晶体。(备注：一般是范德华力存在的晶体。大部分有机化合物） 四、原子晶体 在原子晶体中的晶格结点上排列着一个个中性原子，原子间是以强大的共价键相结合，组成一个由“无限”数目的原子构成的