《工程化学基础》第2章-自用版

第二章物质的化学组成和聚集状态《工程化学根底》1本章内容提要7类物质4类聚集状态配位化合物团簇非整比化合物金属有机化合物高分子化合物生物大分子自由基气体和等离子体固体〔晶体、非晶体、固体吸附、固体废气物〕液体〔水溶液的依数性，液体燃料、外表活性剂〕组成液晶气溶胶2目录2.1物质的化学组成2.2固体2.3液体和液晶2.4气体和等离子体3物质实物场〔能量〕无机物有机物单质及简单化合物(氧化物、酸、碱、盐)复杂化合物(配合物、团簇、超分子)无机高分子(无机固体材料等)简单化合物(烃及其衍生物、醇、醛、羧酸、酯等)有机高分子天然高分子(糖类、DNA、蛋白质等)合成高分子(合成塑料、橡胶、纤维)复杂化合物(超分子)金属有机物物质的分类2.1物质的化学组成可降解塑料4配合物是以金属正离子(或中性原子)作为中心，有假设干个负离子或中性分子按一定的空间位置排列在其周围形成的复杂化合物。英语中称做：CoordinationCompound，或ComplexCompound，意为“协同化合物”或“复杂化合物”，译成“配合物”或“络合物”。定义一、配位化合物5[Pt

(NH3)4(NO2)Cl]CO3中心离子内界(配离子)外界K4[Pt

Cl6

]外界内界(配离子)配体中心离子配位原子配体概念说明6配位化合物的命名H2[Zn(OH)2C12]二氯二羟合锌(Ⅱ)酸Na2[MgY]乙二胺四乙酸合镁(Ⅱ)酸钠K4[PtCl6]六氯合铂(Ⅱ)酸钾K2[HgI4]四碘合汞(Ⅱ)酸钾[Co(NH3)3(H2O)C12]Cl氯化二氯·一水·三氨合钴(Ⅲ)[Cu(NH3)2(CH3COO)]Cl氯化乙酸根·二氨合铜(Ⅱ)[Cu(en)2]SO4硫酸二乙二胺合铜(Ⅱ)Co2(CO)8八羰合二钴(0)Cr(C6H6)2二苯合铬(0)7[CaY]2–配离子多齿配体与螯合物螯合物的稳定性很强。螯合物的稳定性很强是因为螯合效应的结果。图2-1螯合物作用示意图8血红素1g血红蛋白在0℃，760mmHg时吸收1.35LO2族化合物环910―CHO叶绿素b叶绿素a叶绿素a：蓝黑色晶体叶绿素b：深绿色晶体11反式-二氯·二氨合铂(Ⅱ)顺式-二氯·二氨合铂(Ⅱ)例如具有抗癌活性无活性配合物的结构与性能具有相同化学组成的配合物往往有不同的空间结构，并表现出不同的性能。12团簇是指由几个至上千个原子、分子或其结合态粒子聚集而形成的相对稳定的介观聚集体。它的研究在20世纪80年代后迅速开展。团簇的空间尺度在纳米(10–9m)量级左右。二、团簇有金属簇，如Lin，Cun，Hgn；非金属簇，如Cn，Nn，Arn；分子簇，如(H2O)n，(NaCl)n

等。例如，常规Fe、Co、Ni等是铁磁性的，但它们的团簇可以是超顺磁性的；顺磁性的Na、K等的团簇却是铁磁性的。团簇是许多纳米材料的根底。13图2-2

金刚石、石墨、C60的结构示意图(c)C60黄色为双键红色为单键原子数为20，24，28，32，36，50，60，70，84，120…的稳定性较高，其中C60的丰度最高，C70次之。C60是1985年发现的。(a)金刚石(b)石墨碳团簇14球碳团簇及其衍生物在超导电性、半导体、非线性光学等方面具有奇异性能，K3C60，Rb3C60，Rb2CsC60，Rb2.7Tl2.2C60和RbTl2C60的超导转变温度分别为18K，30K，31.3K，45K和48K。美国化学家R.E.Smalley，R.F.Curl和英国化学家H.W.Kroto因对开拓这个新领域的奉献荣获1996年诺贝尔化学奖。CsC60H.W.克鲁托

HaroldW.KrotoR.E.史沫莱

RichardE.SmalleyR.F.柯尔

RobertF.Curl发现C60的三位科学家15碳纳米管1991年发现了碳纳米管，也称“布基管”。碳纳米管是一种由单层或多层石墨卷成的纳米微管，多层碳管各层之间的间隔为石墨的层间距。碳管两头可以是空的，也可被半个C60或更大的球碳所封闭。外部直径只有几到几十纳米。这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。用这样轻而柔软、又非常结实的材料做防弹背心是最好不过的了。如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球外表，而不被自身重量所拉断的绳索。中国科学院纳米科技网图2-3碳纳米管的结构示意图1617碳纳米管可以是不同禁带宽度的半导体，也可以是准一维导体。碳纳米管可以用于未来电子工业制造电子器件和超薄导线，使电子芯片集成度更高，体积更小。纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的开展方向。碳纳米管潜在的应用前景18加州大学试制成功碳纳米管马达转子使用的纳米管直径约为40nm，大概约相当于发丝的1/2000那么粗。转子上安装了长度约为300nm的金叶片〔照片〕。马达可嵌入到硅芯片上。1920固体中含有多种原子，其结合态的组成和结构十分复杂，如：将其组成约简后，其原子数目不成整数比，这类化合物称为非整比化合物。金属间化合物碳化物Fe3C，Mn7C3氮化物Fe2N，Fe4N等，其中各元素均不符合正常化合价规那么。又如：LaH2.76，Fe1–xO，Sn1+xO2，PbO1.88等物质三、非整比化合物21Cu-Sn(Cu-Ga)钻孔铌棒，钒棒热挤压拉拔在组合热处理600~700℃

复合法制Nb3Sn，V3Ga线材22阳离子过剩〔或阴离子短缺〕的化合物：Zn1+xO，NaCl1–x；由混杂缺陷产生的非整比化合物，如Na1–2xCaxCl，Ca1–xYxF2+x，Zr1–xCaxO2–x，LixSi1–xAlO2等。晶体缺陷是形成非整比化合物的重要原因阳离子短缺〔或阴离子过剩〕的化合物：Cd1–xS，UO2+x；23非整比化合物等在材料中十分重要，可以控制或改善无机固体材料的光、电、声、磁、热、力学等性质。发光二极管材料：GaAs1–xPx，它可以发出从红光到绿光的各种颜色的光。彩色电视发光材料用的红粉、绿粉和蓝粉：Y2O2S:Eu3+，Y2O2S:Tb3+，(Ca,Sr)10(PO4)6C12:Eu3+。“黑漆”古铜镜外表耐磨物质：Sn1-xCuxO2。例如：碳化物、氮化物在钢材中能有效地提高钢材的硬度。24根据不同的显示器件对显示技术的要求，科润光电推出了阴极射线与投影管〔CRT〕发光材料、半导体二极管〔LED〕发光材料、场发射〔FED〕发光材料、低压荧光屏〔VFD〕发光材料、等离子体〔PDP〕发光材料、X射线发光材料等显示器件发光材料，并适应背投电视蓬勃开展的市场状况，建设了红、蓝、绿投影管专用发光材料生产线。上述各类材料体系可根据用户不同用途及要求选择合成，发光颜色主体为红、蓝、绿等过渡色。上海科润光电材料Phosphors

for

Display发光材料样品25非晶氢化硅α–Si∶H是信息、电子工业中经常用到的半导体材料录音磁头合金：(Co0.90Fe0.06Ni0.02Nb0.02)78Si22–xBx

计算机储存元件：(GdCo，GdFe)，一种非晶态材料高温超导体：YnBa2CumO7~8：La1–nLim–3Ba0.88Pb0.88Ca0.04TiO3

陶瓷广泛用于超声加工声纳、水听器等压电陶瓷：Pb1–xLax(ZryTi1–y)1–x/4O3形状记忆合金：Ti50Ni26非整比化合物〔不定组成〕与整比化合物(定组成)〔水，二氧化碳等〕是一对矛盾，他们代表着物质存在的两种形式，各自发挥着自己的作用。27由金属原子和有机基团中碳原子键合而成，含金属–碳键〔M–C〕的化合物称金属有机化合物，如(C2H5)2Zn，C6H5Ti(OC3H7)3，(C2H5)4Pb，RMgX〔R为烷基，X为卤素〕。金属有机化合物大体分三类：(1)离子型化合物(2)σ键化合物(3)非经典键化合物如：Cr(C6H6)2，Fe(C5H5)2〔二茂铁〕，[K+(PdCl3CH2=CH2)–]；四、金属有机化合物28(1)离子型化合物。碱金属和碱土金属所形成的烃基化合物多为离子型，其通式为RM，R2M，具有离子化合物的典型特征，可以看作烃R-H的盐类。它们一般不溶于烃类溶剂，具有异乎寻常的反响活性，对空气敏感，遇水剧烈水解。(2)σ键化合物。第IIIA~VIIA族和第IB，IIB族元素与有机基团主要以σ共价键结合形成化合物，如R2Hg，(C2H5)4Pb，(CH3)3SnCl等。具有挥发性，对空气稳定，一般溶于非极性溶剂。(3)非经典键化合物。包括由过渡元素与不饱和基团通过金属轨道和π电子之间相互作用而生成的π配合物，如Cr(C6H6)2，Fe(C5H5)2〔二茂铁〕，[K+(PdCl3CH2=CH2)–]；过渡元素与羰基等配合形成同时含σ键和π键的金属有机化合物，如羰基金属M(CO)n。29另外，还有多中心键型金属有机化合物，如含桥连烷基的[Al(CH3)2C6H5]2，[Be(CH3)2]n，多核羰基金属化合物[Mx(CO)y]等。事实上，周期表中除惰性气体以外的绝大多数元素都可以与有机基团中的碳以各种方式结合，硼、磷、砷和硅等的有机化合物一般也包括在金属有机化合物范围之内；对过渡金属，可形成M–O，M–S，M–P或M–N键，例如Pd(PPh3)4〔Ph指苯基〕，Al(OC3H7)3等，也常划为金属有机化合物。所以金属有机的范围在不断扩大，说明科学和人的认识都是不断开展的。30Fe(C5H5)2〔二茂铁〕31金属有机化合物是电子、光学、磁性等功能材料、超纯材料和精细陶瓷等许多工业加工中的重要物质根底。金属镍粉与CO反响得到液态Ni(CO)4，在稍高温度下分解便得到纯镍。金属有机化合物应用实例32M–C键能<C–C键能，容易在M–C处断裂。能沉积成高附着性的金属膜。例如三丁基铝Al(C4H9)3和三异丙基苯铬Cr[C6H4CH(CH3)2]3热分解，分别得到金属铝膜和铬膜。C–O键能<M–O键能，因此易在C–O键处断裂，沉积出金属的氧化物：2Al(OC3H7)3Al2O3

＋6C3H6

＋3H2O

420℃Si(OC2H5)4SiO2

＋H2O＋[C–H](碳氢化合物)700℃化学气相沉积〔ChemicalVaporDeposition，CVD〕33既有无机物的某些性质，又有有机物的某些性质。金属有机化合物的桥梁作用34高分子化合物，简称高分子，又称高聚物，它的相对分子质量高达几千甚至几百万。五、高分子化合物世界上第一个合成高分子是1907年诞生的酚醛树脂。无机高分子有机高分子天然高分子纤维素、蛋白质、淀粉、木质素合成高分子可降解塑料35例如：聚氯乙烯的分子是由许多氯乙烯加聚结合而成：单体链节多分散性：高分子化合物相对分子质量大小不等的现象聚合物聚合度加成聚合与缩合聚合

简写：聚合36NH(CH2)6NHnH2N(CH2)6NH2己二酸己二胺nHOOC(CH2)4COOH+(2n–1)H2O聚酰胺–66或尼龙–66]nH+又如，聚酰胺–66〔尼龙–66〕由己二胺和己二酸为单体经过缩聚反响制得：HO[CO(CH2)4CO它的聚合度为2n

聚合度是以链节数来计量的在聚酰胺化学式中，名称后的第一个数字“6”指二元胺的碳原子数，第二个数字“6”指二元酸的碳原子数。37碳链高分子化合物

主链中均是C–C键。主链中引入了O，N等杂元素，不但有C–C键，还有C–O，C–N键。杂链高分子化合物

主链中仅含有Si，P，O等元素而没有C原子。元素有机高分子化合物高分子化合物的分类38表2.1一些高分子化合物及其单体

名称化学式

单体聚乙烯CH2＝CH2聚丙烯CH3CH＝CH2

聚氯乙烯ClCH＝CH2

聚苯乙烯聚四氟乙烯CF2＝CF2

聚异戊二烯

CH2＝C—CH＝CH2CH3

39名称化学式

单体聚酰胺H2N(CH2)6NH2HOOC(CH2)4COOH

聚甲基丙烯酸甲酯聚环氧乙烷聚丙烯腈CH2＝CHCNNH(CH2)5C=OCH2＝C—COOCH3CH3CH2—CH2O40名称化学式单体聚丙烯酰胺聚对苯二甲酸乙二(醇)酯HOCH2CH2OH

酚醛树脂HCHO，聚二甲基硅氧烷41名称ABS化学式单体CH2＝CHCN，CH2＝CH—CH＝CH2，

42高分子化合物的命名(4)有时还以高分子化合物的主要用途或最初用途表示命名，属习惯名称或商品名称，如乙烯-丙烯共聚物称乙丙橡胶，聚酰胺高聚物称尼龙或锦纶。归纳起来一般有以下几种情况：(1)在单体或组成特征前面加“聚”(Po1y-)，表示高分子化合物是通过聚合反响得到的，如聚乙烯、聚酰胺等。(2)在单体后面加“树脂”，曾表示树上流出的脂，多为天然高分子化合物，现在也将某些合成高分子化合物称作“树脂”，如酚醛树脂，脲醛树脂，环氧树脂，聚氯乙烯树脂等。(3)英文缩写，如ABS是以其单体丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)英文名称的第一个字母大写组合来表示；PE是聚乙烯(Polyethylene)的英文缩写。43表2.2一些常见高分子化合物的名称高分子材料化学名称习惯名称或商品名称英文名称英文缩写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，乙纶聚丙烯，丙纶聚氯乙烯，氯纶聚苯乙烯腈丁苯共聚物PolyethylenePolypropylenePoly(vinylchloride)PolystyreneAcrylonitrile-butadiene-styrenecopolymerPEPPPVCPSABS纤维聚对苯二甲酸乙二(醇)酯聚己二酰己二胺

聚丙烯腈聚乙烯醇缩乙醛涤纶，的确良锦纶—66或尼龙—66腈纶维纶Poly(ethyleneterephthalate)Poly(hexamethyleneadipamide),

PolyacrylonitrilePoly(vinylacetal)PETPPA

PANPVA橡胶丁二烯—苯乙烯共聚物顺聚丁二烯顺聚异戊二烯乙烯—丙烯共聚物丁苯橡胶顺丁橡胶异戊橡胶乙丙橡胶Butadiene-styrenerubbercis-1,4-Polybutadienerubbercis-1,4-PolyisoprenerubberEthylene-propylenerubberSBRBRIREPR44构成生命体的物质种类很多，有脂、维生素、激素、血红素、叶绿素等生物小分子，有蛋白质、核酸、糖类等生物大分子。六、自由基和生物大分子氨基酸生命蛋白质核酸脂、维生素、激素糖、磷酸、碱基45原子分子离子自由基H2O21.自由基CCHCHHHO246超级抗氧化水果和蔬菜ORAC(氧自由基吸收容量)单位每100克每顿1.梅脯5770每个去核梅脯4622.葡萄干2830¼杯10193.大蒜19391瓣584.草莓1536½杯11445.生菠菜12101杯6786.煮菠菜909½杯10897.橘子7501个9828.红葡萄73910个177《大脑的营养》47每100克每顿9.猕猴桃6021个45810.菜豆460½杯40011.洋葱449½杯36012.白葡萄44610个10713.马铃薯313½杯，熟24414.莴苣26210个20015.香蕉2211个25216.苹果2181个300(续表)48每100克每顿17.豆腐213½杯19518.胡萝卜207½杯11519.番茄1891个23320.梨1341个22221.西瓜1041/1650122.甜瓜露971/1012523.芹菜61½杯6024.黄瓜54½杯28(续表)《大脑的营养》p.14549蛋白质分子是一条或多条多肽链构成的生物大分子，相对分子质量可从一万到数百万。多肽链由氨基酸通过肽键〔酰胺键，—CO—NH—〕共价连接而成，各种多肽链都有自己特定的氨基酸顺序。2.蛋白质50牛胰岛素分子模型51人体细胞含有3000至10000种以上的蛋白质，人体蛋白质由20种氨基酸组成。除脯氨酸外，其它19种均是α-碳上有一个氨基(–NH2)的有机羧酸〔α-氨基酸〕。氨基酸结构通式：R–CH(NH2)COOH最简单的氨基酸是甘氨酸，氨基酸分类：脂肪族芳香族杂环族52序号中文名称英文缩写

R基团的结构1甘氨酸Gly2丙氨酸Ala3丝氨酸Ser

4半胱氨酸Cys5苏氨酸*Thr—CH(OH)CH36缬氨酸*Val

—CH(CH3)27亮氨酸*Leu—CH2CH(CH3)28异亮氨酸*Ile—CH(CH3)CH2CH39蛋氨酸*Met—CH2CH2SCH310赖氨酸*Lys—CH2CH2CH2CH2NH2表2.320种氨基酸的名称和结构53序号中文名称英文缩写

R基团的结构11色氨酸*Trp12酪氨酸Tyr13天冬氨酸Asp14天冬酰胺Asn15苯丙氨酸*Phe16

精氨酸*Arg17谷氨酸Glu18谷氨酰胺Gln19组氨酸*His20脯氨酸PrO续表表中带*者为人体必需氨基酸54图2-4L–和D–构型的α–氨基酸L–构型D–构型天然的氨基酸主要是L-构型，也有D-构型的，但很少。55除甘氨酸外，其余19种氨基酸的α-碳原子都与4个不相同的基团相连。这种结构的的化合物在空间有两种不同的排布：这两种不同的排布化合物不能重叠，它们之间的关系就象实物和镜像、左手和右手的关系：手性分子56(+)葡萄糖具有营养价值，其对映体〔–〕葡萄糖不能被动物代谢；左旋氯霉素有抗菌作用，其对映异构体无疗效。旋光性的意义57光源样品池尼科耳棱镜起偏振片检偏振器偏振光比旋光度：1g/1mL，10cm长的盛液管中，测得的旋光度称为该物质的比旋光度。D：钠黄光，5893Å58EB《大学物理学》〔第二版〕第三册，张三慧主编，清华大学出版社，p.380c电磁波中的电场和磁场的变化59这个生理有缺陷的男孩，是因为母亲在怀孕的第二个月，服用了一种名为“擦里多米德”的镇静药而导致了他先天畸形。自从人类创造了各种各样的化学药物以来，这些新的药物既给人类带来了极大的益处，但也给自己造成了意想不到的伤害。其中最典型的案例之一，就是著名的反响停事件。1959年，联邦德国各地出生过手脚异常的畸形婴儿。伦兹博士对这种怪胎进行了调查，于1961年发表了“畸形的原因是催眠剂反响停”的结论，使人们大为震惊。反响停是妊娠的母亲为治疗失眠症服用的一种药物，它就是造成畸形婴儿的原因。科技之光海豹婴儿60在母亲怀孕一二个月之间，往往会产生强烈的妊娠反响，如果服用了反响停，母亲便会生出这样的畸形儿。这种婴儿手脚比正常人短，甚至根本没有手脚。截至1963年在世界各地，如联邦德国，美国，荷兰和日本等国，由于服用该药物而诞生了12000多名这种形状如海豹一样的可怜的婴儿。在正常情况下，胚胎的生长都应按照基因上的生命密码指令有规律地形成。可是反响停药物却能使这种指令在某一部位受到障碍，其结果是使胎儿在形成和发育中产生突变，产生畸形儿。对化学药物的盲目依赖，已造成了许多不应有的悲剧。人们不应该忘记一句老话：凡药都有三分毒。切忌对药物，尤其是化学药物的随意滥服。科技之光61我国大约有1000万儿童哮喘患者，可接受标准治疗者非常少，尤其是在基层、农村等地。根据1990年、2000年两次大规模的儿童哮喘患病情况调查，发现95%以上的患儿都在使用抗生素，按照肺炎、反复呼吸道感染或鼻炎治疗。人民网>>健康>>消息>>健康快递：2004年01月03日九成用药不标准622004年11月16日08:41新华网患臀肌挛缩症主要原因是臀部屡次注射所引起，并与苯甲醇作为溶媒肌肉注射可能性大。孩子接受注射时，青霉素里掺入了过多的苯甲醇。每一个患病的孩子手术后都留下了清晰的伤疤。湖北311名儿童打针后畸形家长跪求医治63一种新药在美国完成审批手续，一般需要6~8年，而我过的新药报批，只要驶上药监局的所谓“绿色通道”，1年左右就够了。如此的“高效率”，仅2004年一年，药监局便受理了10009种新药报批，而同期美国药监局受理新药报批数量仅148种。据报道，这一万多例“新药申请”中，没有一个是真正的新药即新化学实体。据2月21日《法制早报》报道，随着国家食品药品监督管理局(简称SFDA)药品注册司司长曹文庄等多名官员被北京市西城区检察院突然带走，另外一个数字是，曾经每片3分钱的阿斯匹林，早已在各大医院及药房不见踪影，而取而代之的高价药“巴米尔”，每10片6.3元，其成分也就是单一的阿斯匹林。“钱江晚报”2006年2月14日，A3；新华网药价奇高，原来是“药官”抬的64生物界1010～1012数量级的蛋白质种类中，有些完全由氨基酸组成，这是简单蛋白质；有些除蛋白质外，还有被称为辅基或配基的非蛋白质成分，这是结合蛋白质。65蛋白质的空间结构

蛋白质的空间结构又叫蛋白质的构象、高级结构、立体结构、三维结构等，指的是蛋白质分子中所有原子在三维空间中的排布。维持蛋白质分子构象的化学键有：氢键、盐键、疏水键、VanderWaals力和二硫键。蛋白质的空间结构主要包括蛋白质的二级结构、三级结构和四级结构。66在α-螺

旋结构中，

多肽链中各肽键平面通过

α-碳原子的旋转，围绕中心轴形成一种紧密螺旋盘曲构象。绝大多数蛋白质分子中所存在的α-螺旋几乎都是右手螺旋。67α-螺旋的四种表示方法68蛋白质的三级结构纤维状蛋白质一般只有一类二级结构构象单元，而球状蛋白质可能在同一分子内有几类二级结构构象单元。蛋白质的三级结构〔tertiarystructuer〕是指蛋白质〔主要指球状蛋白〕分子在二级结构的根底上进一步卷曲、折叠而构成的一种不规那么的、特定的、更复杂的空间结构。无规卷曲α-螺旋β-折叠β-转角693.核酸40年代：英国物理学家威尔金斯与富兰克林(女，1958年死于癌症，时年37岁)拍摄到DNA晶体的X衍射照片。1952年，美国化学家查伽夫发现所有DNA中的A=T，G=C，DNA的碱基具有种的特异性。1953年4月15日，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克，构建了DNA双螺旋实物模型70

核酸因首先发现于细胞核并且具有酸性而得名。核酸称为信息分子，是因为它担负着遗传信息的储存、传递及功能表达。核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两类。DNA主要集中在细胞核内，RNA主要分布在细胞质中。它们由磷酸、脱氧核糖或核糖、有机碱组成，DNA和RNA之间主要是戊醛糖和嘧啶碱有区别。71核酸组成DNARNA酸H3PO4H3PO4戊醛糖含氮有机碱嘌呤碱嘧啶碱腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)脱氧核糖核糖表2.4

DNA和RNA的组成单元72在DNA分子中存在4种脱氧核糖核苷，其结构如下：(脱氧胞苷)(脱氧胸苷)(脱氧腺苷)(脱氧鸟苷)胞嘧啶脱氧核苷胸腺嘧啶脱氧核苷腺嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤脱氧核苷73蛋白质逆转录(酶)转录(酶)(酶)复制(酶)复制翻译(酶)图2-6“中心法那么”示意图核酸是遗传信息的携带者与传递者。生物体的遗传信息以特定的核苷酸排列顺序，似密码的形式排列在DNA分子上，并通过DNA的复制由亲代传递给子代。在后代的生长发育过程中，遗传信息自DNA转录给RNA，然后翻译成特异的蛋白质，以执行各种生命功能。这就是所谓的遗传信息传递的中心法那么，中心法那么克里克推论中心法那么既说明了遗传性状表达的稳定性和流畅性，同时也说明了获得性不遗传的原理。74富不过三代三岁看八岁，八岁看终生75DNARNA翻译蛋白质理论可能性转录逆转录浙江大学生物工程专业02级练小军朊病毒1982年美国科学家S.B.Prusiner发现羊瘙痒病的病原体和1997年的“疯牛病”都是“朊病毒”作祟。76解放军306医院与香港大学合作发表在：《自然》使用拼音文字的人假设出现语言阅读障碍，一般都是位于后脑的威尔尼克语言区出了问题；而使用中文这种表意象形文字的人，如果存在语言阅读障碍，那他一定是位于大脑前部的布鲁卡语言功能区出了问题，与后脑无关。我科学家揭开中国人难说英语之谜布鲁卡区与运动区紧密相连，记忆主要靠“运动”。而威尔尼克区靠近听力区，记忆主要靠听说。XINHUANET2005年04月20日14:05:3577基因是一个特定的DNA片段，通常有1000~5000个碱基对，一个DNA分子可以含有多达上万个基因，人体的46条染色体大约含100万个基因。人类基因组方案的核心就是要测定人类基因组的全部DNA序列，从而获得人类全面认识自我的最重要的生物信息。基因“组合化学”78基因芯片的检测速度之所以这么快，主要是因为基因芯片上有成千上万个微凝胶，可进行并行检测；同时，由于微凝胶是三维立体的，它相当于提供了一个三维检测平台，能固定住蛋白质和DNA并进行分析。内嵌基因芯片的基因检测装置基因芯片，又称DNA芯片，与计算机芯片非常相似，只是高度集成的不是半导体管，而是成千上万的网格状密集排列的基因探针。每个基因探针包含着由假设干个核苷酸组成的DNA片段。目前已经可以在一枚邮票大小的基因芯片上布满40~100万种基因探针，根据碱基互补配对原那么捕捉相应的DNA，从而对遗传物质进行分子检测。这是一种革命性的新方法、新工具。基因芯片79基因工程从狭义上理解就是指DNA重组技术，即提取或合成不同生物的遗传物质(DNA)，在体外切割、拼接和重新组合，然后通过载体将重组的DNA分子引入受体细胞，使重组DNA在受体细胞中得以复制与表达。基因工程例如，作为人类主要食物的谷类作物含有大量糖类，而人体所必需的蛋白质、氨基酸与维生素的含量却很少。有些微生物可以产生这些物质，用大规模发酵的方法培养微生物，进而提取这些物质，就可以进行工业化生产。采用DNA重组及细胞融合等技术改造了苏氨酸、色氨酸、赖氨酸等氨基酸的生产菌，与原始菌株相比，氨基酸的含量提高了几十倍，且生产本钱下降。基因工程的直接目的就是改造生物。80生命伦理克隆遗传与相貌814．糖类糖类是自然界中分布最广的一大类有机化合物，主要由C，H和O三种元素组成，大多具有通式Cn(H2O)n，故又称碳水化合物。从化学结构上看，糖类物质是含多羟基的醛或酮及其衍生物。这类物质是生物体根本营养物质的重要成分。糖类物质由植物光合作用合成，nH2O+nCO2Cn(H2O)n

+nO2光叶绿素糖类通过生物氧化从而释放出能量，以满足生命活动的能量需要。如葡萄糖的氧化反响：C6H12O6+6O2→6H2O+6CO2天上掉馅饼82糖类常分三类：(1)单糖(2)低聚糖或寡糖(3)多糖糖的分类83(1)单糖D-己醛糖的构型阿洛糖阿卓糖葡萄糖甘露糖古罗糖艾杜糖半乳糖塔罗糖84果糖单体葡萄糖单体(2)低聚糖或寡糖蔗糖(双糖)果糖单体能水解成2~10个单糖。蔗糖、乳糖和麦芽糖都是二糖。85(3)多糖能水解成10个以上的单糖。如植物体内的淀粉、纤维素，动物体内的糖原、甲壳素等。多糖广泛存在于自然界，是一类聚合度不同的天然高分子化合物。多糖没有甜味，一般不溶于水。与生物体关系最密切的多糖是淀粉、糖原和纤维素。淀粉是麦芽糖的高聚体，彻底水解后得到葡萄糖。淀粉是植物体中储存的养分，主要存在于种子和块茎中，是食物的重要组成局部。大米中含有淀粉62%~86%，麦子中含57%~75%，玉米中含65%~72%，马铃薯中含12%~14%。淀粉遇水可水解成为糊精的混合物。糊精可用作食品添加剂、胶水、浆糊，并用于药品、纸张和纺织品的制造等。淀粉等加以改性可代替合成高分子，制成不污染环境的可降解塑料制品。86糖原又称动物淀粉，是动物的能量储存库。糖原呈无定型无色粉末，较易溶于热水形成胶体溶液。糖原在动物的肝脏和肌肉中含量最大。当动物血液中葡萄糖含量较高时，就会结合成糖原储存于肝脏中，当葡萄糖含量降低时，糖原就分解成葡萄糖而供给机体能量。糖原87《大脑的营养》p.130升糖指数食品低升糖指数(缓慢消化)高升糖指数(快速消化)面包发酵面包（52）法国面包（95）热谷片老式燕麦片（49）冷谷片穆兹利（43）玉米片（84）全麸（51）干果杏（31）大枣（103）鲜果浆果（22）西瓜（72）蔬菜甜西红柿（54）红皮西红柿（93）谷物意大利面条（32）米粉（87）奶制品全脂鲜牛奶（14）冰淇淋（61）小吃花生（14）椒盐圈饼（83）88最近媒体报道说在炸土豆条和炸土豆片中发现有致癌物——丙烯酰胺但德国有关部门通过对动物的实验发现，丙烯酰胺对健康的损害程度比引发肝癌的黄曲霉素严重得多，它还可能损害人的神经并诱发各种癌症。调查，其结果说明，如果改变加工方式，丙稀酰胺的含量可以降低。权威部门还认为，食用少量的丙稀酰胺，不会导致癌症。与此同时，政府要求生产厂家，一定要采取最好的加工方式，进一步降低食品中的丙稀酰胺含量，实际情况是，高温热油煎炸食品导致产生一种化学反响，使之产生了美味化合物，这才使食品变得可口。来源：《光明日报》2002年12月31日炸土豆条含致癌物质：要美味？要健康？89纤维素是自然界中最丰富的多糖。棉花中纤维素含量为97%~99%，木材中为50%，亚麻中为80%，玉米茎中为30%。由于纤维素分子间氢键的作用，使分子链平行排列、紧密结合，形成纤维束，每一束有100~200条分子链。这些纤维束拧在一起形成绳状结构，具有良好的机械强度和化学稳定性。纤维素不仅不溶于水，甚至不溶于稀的酸或碱，但能在浓酸的水解作用下而生成葡萄糖，与浓碱作用生成纤维素碱。人体中由于缺乏具有分解纤维素所必需的酶，因此纤维素一般不能为人体所利用，不能成为人类的主要食品。纤维素是植物支撑组织的根底，是植物细胞壁的主要成分；是制造人造丝、人造棉、玻璃纸、火棉胶等的主要原料；在制备复合材料中也有较多应用。纤维素90α式β式淀粉纤维91饮食文化西方饮食：卡路里学说〔热力学〕中国饮食：阴阳学说〔哲学〕孔子：鱼馁nei而肉败，不食。色恶，不食。臭恶，不食。失饪ren，不食。不时，不食。〔五不食〕922.2固体1.了解晶体、非晶体概况，理解各类晶体名称、晶格结点上粒子及其作用力、熔点、硬度、延展性、导电性的不同。2.了解耐高温、易熔金属实例及应用，理解过渡元素、稀土元素及碘化物，氮化硼、硅酸盐组成元素间的作用力及应用。3.理解非晶态高分子化合物的三种物理状态及成因，理解玻璃化温度、黏流化温度的意义及应用，了解α–Si:H的应用。4.联系活性炭、分子筛等实例，理解固体吸附剂的外表组成特点及功用。5.了解固体废弃物的产生、危害和资源化途径。学习要求93晶体非晶体界晶体〔准晶体〕固体即固态系统。习惯上称系统为体系，故有固体这个术语。固体中的原子及其结合态粒子在空间的排布，如果长程有序便称为晶体，如果短程无序就称为非晶体。94图2-8晶格及晶胞(a)(b)(c)等径圆球密堆积晶格或点阵晶胞一、晶体95十二面体钻石晶体钻石及其母岩如果能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体，这个晶体又叫单晶体。如自然界存在的金刚石、人工制备的单晶硅、锗等。单晶体96当地时间2003年10月7日，在伦敦索思比拍卖行，一名工作人员在展示一颗大D色级的钻石，这枚钻石将会在下月20日在日内瓦进行拍卖，预计起拍价会在500和600万英磅(800万-1000万美元)

之间人民网2003年10月08日天价钻石97硅单晶98一般的固体材料不能用一个空间点阵图形贯穿，它们称为多晶体。多晶体99按晶格结点上微粒的种类、组成及其粒子间相互作用力的不同，晶体可分为：离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体过渡型晶体混合型晶体100左形、右形水晶“左旋、右旋水晶”101重晶石完全的解理↗黑曜岩↑贝壳状断口主要为SiO2，非晶质102双晶紫晶晶体习性类似树枝103堇青石

(蓝色外表)

堇青石的多向性明显。从某种角度看来透明无色。但旋转90度后却呈蓝色Mg2Al4Si5O18104西瓜电气石双色晶体能制成夺目的宝石色带接合处或清晰或渐进。Na(Li,Al)3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4，三方，硬度7.5105方解石具高度双折射性因而产生双重影像CaCO3电气石的双折射尖晶石1061.离子晶体离子晶体的晶格结点上交替排列着正、负离子，靠离子键结合。较高的熔点、较大的硬度、较脆。在熔融状态或在水溶液中具有优良的导电性，但在固体状态时几乎不导电。Na+Cl-图2-9NaCl离子晶体107表2.5KF、NaF、CaF2和CaO晶体离子间作用力及其熔点变化规律物质KFNaFCaF2CaO离子的电荷+1－1≈+1－1<＋2－1<＋2－2

离子半径/nm0.1330.1330.0970.1330.0990.1330.0990.132

离子半径之和/nm0.266>0.230≈0.232≈0.231离子间的作用增大熔点/℃85799213922570108硫酸铜紫外光滤光片CopperSulfateUVFilterNickelSulfateUVFilter硫酸镍紫外光滤光片1092.分子晶体分子晶体的晶格结点上排列着极性分子或非极性分子，分子间以范德华力(分子间力)或氢键相结合。属于分子晶体的物质一般为非金属元素组成的共价化合物，如SiF4，SiCl4，SiBr4，SiI4，H2O，CO2，I2等。CO2分子晶体(干冰)如图2-10所示。110图2-10CO2分子晶体(干冰)111C60的溶液AstudentsviewofthediscoveryofBuckminsterfullerene(adaptedfromJonathanHare'sPhDthesis,SussexUniversity,1993.)C60的晶体结构.uk112对于无氢键的相同类型分子晶体，分子间力随相对分子质量增大而增大，熔点、沸点也随之增高。由于分子间力较弱，分子晶体的硬度较小，熔点一般低于400℃，并有较大的挥发性，如碘片、萘等。分子晶体的物理性质1133.原子晶体原子晶体的晶格结点上排列着中性原子，原子间由共价键结合。由非金属元素组成的共价化合物多为分子晶体，但有少局部形成原子晶体，如常见的C(金刚石，立方型)，Si，Ge，As，SiC(俗称金刚砂)，SiO2，B4C，BN(立方型)，GaAs等。114图2-11金刚石(C)的晶体结构金刚石蓝色球和红色球都是碳原子，用红色球凸显四个位置特殊的碳原子。115SiO2石英1164.金属晶体金属晶体的晶格结点上排列着原子或正离子。原子或正离子通过自由电子结合，这种结合力是金属键。金属键的强弱与构成金属晶体原子的原子半径、有效核电荷、外层电子组态等因素有关。117金属晶体堆积方式A1型密堆积ABCABCA3型密堆积ABABA2型密堆积ABAB体心立方六方面心立方118金属晶体单质多数具有较高的熔点和较大的硬度，通常所说的耐高温金属就是指熔点高于铬的熔点(1857℃)的金属，集中在副族，其中熔点最高的是钨(3410℃)和铼(3180℃)，它们用作测高温的热电偶材料。金属材料重要的物理性质与离子晶体、分子晶体和原子晶体相比，金属晶体具有良好的导电、导热性，尤其是第IB族的Cu，Ag，Au。金属晶体还有良好的延展性等机械加工性能，有金属光泽、对光不透明等特性。纯金属及其合金构成的金属材料是最重要的结构材料之一。119FeS2Au1205．过渡型晶体例如，二碘化钨(WI2)W+I2WI2250~650℃高温气相输运反响键级0.31216.混合键型晶体例如，层状结构的石墨、二硫化钼、氮化硼等属于混合键型晶体。六方型氮化硼〔熔点2983℃〕，又称白色石墨，比石墨更能耐高温，化学性质更稳定，可用来制作熔化金属用的容器、耐高温实验仪器及耐高温固体润滑剂。122图2-13石墨的层状结构氧原子硅原子SiO44–四面体图2-14硅酸盐结构示意图123矿物多是自然元素、氧化物或含氧酸盐类物质，其中硅酸盐矿物占近半数。自然界已发现的矿物已超过3000种，然而具有宝石价值者尚不及10%，其中的珍贵宝石矿物种属有：

钻石(金刚石)、祖母绿(绿柱石)、红宝石(刚玉)、蓝宝石(刚玉)、猫眼(金绿宝石)、变石(翠绿宝石)和翡翠(硬玉)等。124祖母绿原石125祖母绿成品126Ruby2Ruby3Ruby5红宝石原石127闪耀着六射星光的红宝石“罗斯利夫斯”。重138.7克拉，斯里兰卡产，世界著名宝石，现藏于美国华盛顿斯密森博物馆。闪耀着六射星光的红宝石“罗斯利夫斯”p.94Al2O3，硬度9，三方红宝石p.94128所有具有宝石特性的非红色刚玉都称为蓝宝石。由于铁和钛杂质所造成颜色上的变化，展现多种色调，但最珍贵的是清澈的深蓝色。有些宝石(称为“颜色变化的蓝宝石”)在人工和自然光中显示出各种不同的蓝色调。蓝宝石—刚玉p.95Al2O3，硬度9，三方明亮式切磨129130chrm104chrm105猫眼石131031cymg102cymg103cymg110gemphotos2132在1991年拍卖会中以六万五千美元成交。世界十大著名宝石之一金绿石猫眼133？变石、翡翠类134凤尾石135这块“白发”奇石高约20厘米，直径约15厘米，呈乳白色，其状宛如人的头像。由顶端生出上千根石须，仿佛少女飘逸的长发。有人称之为“白发魔女”。

更令人难以置信的是，这块奇石的“头发”是空心的，如果从“头发”一端点火，另一端会冒出缕缕青烟。据收藏者田先生介绍，至今世界上仅发现两块毛发石。来源：《辽宁晚报》2002年6月18日本溪发现神奇“毛发石”

仿佛飘逸的长发136与晶体晶格结点上微粒长程有序排列不同，非晶体中单元粒子呈无序排列。非晶体的熔化，经历由固态逐渐变软，最后变为流动熔体的一个过程，所以无确定的熔点。在不同温度区间，呈现出玻璃态、高弹态和黏流态等三种不同的物理状态。二、非晶体非晶态——琥珀C10H16O，硬度2.5137非晶体材料的形成途径(2)用液相或气相沉积制备非晶体薄膜，其结构与相应液态结构完全不同，可有多种非晶体结构，不存在玻璃态转变温度。它们在半导体材料中经常用到。(1)从液相急剧冷却获得玻璃体材料，其结构与相应液态在转变温度时的结构相同。通常有两种：138目前广泛应用的非晶体固体有四类：玻璃非晶态高分子化合物非晶态薄膜非晶态合金(也称金属玻璃)139黏流态高弹态玻璃态1.非晶态高分子化合物形变温度TgTf插短片：2，01玻璃态140视频素材：2，01玻璃态随着温度的升高，高分子链节的振动幅度越来越大，使得高分子材料由玻璃态逐步转变成高弹态直至黏流态，如果继续升温，那么高分子链断裂成一系列碎片。141表2.6几种高分子化合物的玻璃化温度、黏流化温度和分解温度高分子化合物Tg／℃

Tf／℃Td／℃

聚苯乙烯80~100

有机玻璃57~68

聚氯乙烯75

聚乙烯醇85

聚丙烯腈＞100

尼龙–6648

天然橡胶－73

丁苯橡胶–63~–75

氯丁橡胶–40~–50

硅橡胶–109

低压聚乙烯100–130

≥300

聚苯乙烯112~146

＞300

聚碳酸酯220~230

300~310

尼龙–66264

270

1422.非晶态薄膜目前使用的许多半导体器件中都有非晶态薄膜，最具代表性的是具有极高信息密度的光存贮盘，还有全息摄影、薄的柔性衬底生长的廉价光电池、激光书写和复印机上的长寿命感光滚筒以及用于大屏幕显示的电子电路等。它们使用的半导体物质是Ge，Si，α—Si:H，GaAs等材料。143硒鼓+++++++++++++++––––––––––––––+++++–––––失透1443.非晶态合金metglass非晶态合金可以是二元、三元或多元合金，二元合金中参加适当的其它元素常常能够提高合金的非晶化能力。20世纪60年代后由液态金属快速凝固而成〔冷却速率为103~105K/s〕。145例如：Pd82Si18形成临界冷却速率约为105K/s，参加Cu后Pd77Cu6Si17约在102K/s冷却速率下就可以形成几毫米粗的非晶丝。Pd40Cu30Ni10P20可以在0.1K/s的冷却速率下形成厚度约为100mm的大体积非晶态合金。非晶态合金在力、电、磁等性能方面优于同类晶态材料，具有高强度、高韧性、高硬度、高光洁度和抗腐蚀、抗辐射、抗冲击等特点。原子半径小的元素如Be，P，B，C及VI~VIII族过渡金属元素等是大体积非晶态合金的重要组成局部。146单辊法双辊法行星法《功能材料概论》p.63液体淬火法制备非晶态合金薄片熔料熔料熔料失透规模小，批量小1474.石英光导纤维石英光导纤维也是非晶体材料，具有优良的导光性。光导纤维利用光脉冲传输信息，具有传输信号容量大、损耗小、中继站少等优点，是开展现代通信的关键性材料。光导纤维除以SiO2为主、添加少量GeO2等的石英氧化物光纤外，还有SiO2–CaO–Na2O，SiO2–B2O3–Na2O等氧化物光导纤维，以及ZrF4–LaF3–BaF4等氟化物光导纤维等。148天津电子材料研究所性能各异的光纤样品149n2n1折射率分布包层纤芯CBA(a)(c)包层纤芯CBA(b)(a)n2n1折射率分布纤芯(高石英玻璃)包层(有损耗石英玻璃)A包层纤芯n2n1折射率分布光纤一次被覆层(变性硅)缓冲层(硅树脂)二次被覆层(尼龙)光在光纤中传输的根本原理《功能材料概论》p.107150三、固体吸附剂固体外表层粒子受力不均匀，有剩余的吸引力，这使固体外表具有吸附能力。固体物质颗粒越小，外表积越大，吸附能力也越大。在工业废水、废气的处理中，常常利用固体外表的吸附性能，选用吸附能力很强的固体吸附剂来吸附污染物。例如，钢铁放在大气中，其外表就会吸附一层H2O和CO2等分子。151活性炭有很多的微孔和巨大的比外表积。比外表积有500～1500m2/g，具有很强的物理吸附能力。活性炭在活化过程中，能在外表非结晶局部形成一些含氧官能团，如羧基(－COOH)、羟基(－OH)、羰基(－CO－)。这些基团使它具有化学吸附的能力和良好的催化活性，能加速外表的一些化学反响，有效地吸附并除去废水、废气中的有害物质。活性炭活性炭纤维是近年开展起来的新型固体吸附剂，比活性炭有更大的比外表积，常做成毛毡形，可操作性更好，它在工业溶剂回收、环境保护、医疗卫生等方面应用效果很好。152煤质颗粒活性炭系列产品153分子筛是指人工合成的沸石型不溶性硅铝酸盐，因能筛选大小不同的分子而得名。其组成通式可表示为Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]·mH2O，M通常是指Na+，K+，Ca2+等；分子筛的骨架一般由SiO4和A1O4四面体结构单元所构成，再以不同方式连接成立体的网状骨架。图2-16分子筛〔A型〕结构分子筛154分子筛产品4A分子筛是一种碱金属硅铝酸盐，能吸附临界直径不大于4Å的分子。它可吸附H2O，NH3，H2S，SO2，CO2，C2H5OH，C2H6，C2H4，C3H6等。广泛应用于气体、液体的枯燥，也可用于某些气体或液体的精制或提纯，如氩气的制取。应用领域：石油化工、药品包装、电子工业家用冷冻系统涂料及塑料系统。例如：4A分子筛淄博迅达化工155固体吸附的环境意义含养有机质和电解质使皮肤粗糙、龟裂、头发打结等调节空气湿度影响水质156人类在一系列社会活动中产生了不再具有原使用价值而被丢弃的固态物质称为固体废弃物。四、固体废弃物全世界每年产生的废弃物超过100亿吨。工业废弃材料，城镇渣土，矿山残渣，生活垃圾和生物质〔Biomass〕等。它包括157固体废弃物假设处理不当，危害极大。它占用大面积土地；重金属渗入土壤被植物吸收，再通过食物链富集进入人体内引起中毒；有机固体废弃物腐烂滋生病菌，成为疾病感染源。固体废弃物的危害158广东省潮阳市的贵屿镇（中国网）堆积如山的电子垃圾（2001年12月)用王水浸泡过的线路版159对废旧金属材料、玻璃、纸张、橡胶、塑料等可以回收利用，成为二次资源。对于量大、面广的生活垃圾和生物质，有的采用卫生填埋处理，大局部可通过化学或生物技术处理，使其转化成有用物质。比方，隔绝氧气加热分解生物质制成液体燃料，代替局部石油产品；利用酶技术转化为乙醇，成为清洁燃料；通过厌氧细菌进行发酵，产生CO和CH4等气体；通过好氧细菌进行氧化、分解，变成腐殖质、CO2和水。CH4等气体可用作能源，腐殖质是改善土质的必需物质。因此，对固体废弃物的再生化、资源化或高附加值化等合理处置和综合利用是改善人类生存环境的重要内容之一。固体废弃物的再生化、资源化160投料焚烧锅炉燃烧垃圾发电161近年来，对难降解的塑料等合成高分子固体废弃物〔如废旧轮胎〕进行热分解的研究进展很快。在无氧或低氧条件下高温加热，使高分子裂解，产生气体、油状液体和焦等，其组成随原料类型及热裂解温度、加热时间的不同而有区别。产物可以制成液体燃料、活性炭等而被利用，到达变废为宝的目的。高分子裂解162聚合物热分解和燃烧的主要生成物聚合物名称热分解生成物燃烧生成物聚烯烃烯烃、石蜡、环状烃CO，CO2聚氯乙烯HCl，芳香族化合物、环状烃、甲烷HCl，CO，CO2聚丙烯腈丙烯腈单体、HCNCO，CO2，NO2，尼龙-66胺，CO、CO2胺，CO，CO2，NH3酚醛树脂苯酚、甲醛CO，CO2，甲酸氯化橡胶HCl、二聚戊烯HCl，CO，CO2聚氨酯HCN、醚、酯NO，NO21632.3液体和液晶1.掌握水的重要物理性质，氢键的产生及对水性质的影响，水的电导率和pH及其应用，理解熔化热、气化热、摩尔热容、质量摩尔浓度等概念。2.理解溶液的蒸气压降低、凝固点下降、沸点上升和产生渗透压的原因，了解稀溶液依数性定量计算公式的适用条件和应用实例。3.了解液体燃料的来源、开发、规格和应用。4.能联系实例指出外表活性物质的类型及亲水基团、憎水基团的组成，掌握十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠、平平加型和OP型等外表活性物质的化学式，理解润湿、渗透、增溶、胶束、发泡、消泡等概念，了解W／O，O／W表示的意义，了解HLB值的概念及应用。5.理解液晶的分子排列特征及其性质。了解液晶材料的应用。学习要求164

液体远程无序，近程有序。液体没有固定的形状，具有流动性。介于晶体与液体之间的一种介晶状态，称为液晶态，液晶不同于一般的固体和液体。165一、水的性质和应用水分子中，氢、氧原子以共价键相结合，O–H键长为0.09572nm，∠HOH为104.52°。气相水的结构四面体形

电荷分布体系δ-δ-δ+δ+水的气态二聚体166水分子的结构和水分子间的氢键作用决定了水具有许多特殊性质。雪花据有关研究，每1亿片雪花中，很难找到两片外形相同的雪花167图2-17水团簇的稳定结构水分子间存在氢键而发生缔合，形成水的团簇结构(H2O)n。水的团簇结构氢键168水在4℃时密度最大。冰具有稳定六方晶型结构，氧原子相距0.276nm，中心的水分子以氢键和其4个相邻水分子相联构成四面体，三维伸展形成空间网状结构。随着温度升高，冰熔化，这种“冰山”结构塌陷，水分子排列变得更紧密，在4℃时到达极值，此时密度最大，出现所谓的“冷胀热缩”现象。图2-18冰的结构水的密度169可燃冰，水合物结构8CH4·46H2O的结构气体水合物结构1m3甲烷水合物晶体中含CH4质量：它相当于标准状态下182m3

的天然气170冰的各种晶型晶型晶系氢原子分布密度g·cm–3<3Å的配位数氢键长度pmIh六方无序0.934274Ic立方无序0.934274Ⅰ正交有序0.934275Ⅱ三方无序1.184275~284Ⅲ四方无序1.164276~280Ⅳ三方无序1.274279~292Ⅴ单斜无序1.234276~287Ⅵ四方无序1.314280~282Ⅶ立方无序1.498295Ⅷ四方有序1.496280~296Ⅸ四方有序1.164276~280171长期静止的水缔合程度大，活性丧失严重，因而变成了“死水”。但水分子间的氢键在加热、磁场等条件下将被破坏，从而降低了缔合度。水是最常见的液体和工程上应用最多的溶剂。物质一般在热水中的溶解度大，热水洗涤效果好；热茶较冷水解渴等都与水的缔合度降低或被解除有关。用磁化水做溶剂，可增大矿物质的溶解度，因此常饮磁化水能降低人体“结石病”。磁化水高温水172表2.7不同水样的电导率水样电导率／S·m–1

自来水5.0×10–1~5.3×10–2

一般实验室用水5.0×10–3~1.0×10–4

去离子水4.0×10–4~8.0×10–5

蒸馏水2.8×10–4~6.0×10–6

超纯水~5.5×10–6

纯水几乎是不导电的。实际应用的水中常含有可溶性电解质使其导电能力增大。可用电导率仪测定水样的电导率，可从电导率数值确定水的纯度。水的导电性173升华热51kJ·mol–1mp，0℃bp，100℃熔化热小6

kJ·mol–1比热大76

J·mol–1·K–1蒸发热大40.6

kJ·mol–1热学性质冰水汽174视频素材：2，02结冰水快速冷却结成冰，造成体积膨胀，玻璃杯被胀破〔或称“物理爆炸”〕。175地表水汽化，带去大量汽化热；水〔Mr=18〕比空气〔Mr=28〕轻，易升至高空；在高空，水汽凝结成云、雾、雨、雪放出凝结热。冰比水轻，浮在外表：易熔、参加循环；保护物种。水的生态价值176纯水中的H+浓度很小，在10–7mol·dm–3左右。当水溶液中c(H+)<1.0mol·dm–3时，水会发生解离：其标准平衡常数〔俗称离子积〕式中cθ为标准浓度cθ=1.00mol·dm–3。25℃时水的Kwθ=1.00×10–14Kwθ值随温度的升高而增大，在0℃，35℃，50℃时，分别为1.14×10–15，2.06×10–14和5.35×10–14。通常用H+浓度的负对数来表示，称为pH水的解离177例2.1

求纯水在50℃时的pH。50℃时，水的Kwθ=5.35×10–14，由于c(H+)=c(OH–)所以c(H+)=(5.35×10–14)1/2·cθmol·dm–3

=2.31×10–7mol·dm–3=–1g[2.31×10–7mol·dm–3／1.00mol·dm–3]=6.64解：178二、溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压一定温度下，液相〔固相〕与其气相到达平衡时的压力称为液体〔固体〕在该温度的饱和蒸气压，简称蒸气压。1.溶液的蒸气压降低179表2.8不同温度时水和冰的饱和蒸气压水冰温度／℃饱和蒸气压／kPa温度／℃

饱和蒸气压／kPa温度／℃

饱和蒸气压／kPa–15

0.191202.339–300.038–100.286253.167–250.064–50.421304.242–200.1040.010.611355.624–150.16650.872100101.325–100.260101.22837422040–50.402151.7050.010.611180当一种难挥发的溶质溶解于溶剂后，溶液外表的溶剂分子数目由于溶质质点的存在而减少，使相同温度下溶液蒸发出的溶剂分子数目比纯溶剂要少，即溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低。1.溶液的蒸气压降低181图2-19水、冰和水溶液的蒸气压随温度的变化液固气溶液ΔT

fpΔT

bp101.325t

/℃

t沸100p(H2O)/kPa0.6110.01ab’a’cbt凝182氯化钙(CaCl2)、五氧化二磷(P2O5)等，常被用作枯燥剂。这是由于它们的强吸水性使其在空气中易潮解成饱和水溶液，因其蒸气压比空气中水蒸气的压力低，从而使空气中的水蒸气不断凝结进入溶液。P2O5>KOH>浓H2SO4>NaOH>CaCl2

常见枯燥剂的枯燥能力183上式也称拉乌尔定律(法国物理学家)(2.3)实验证明，在一定温度下，稀溶液的蒸气压降低值等于该稀溶液中难挥发溶质的物质的量分数(摩尔分数)与纯溶剂蒸气压的乘积，而与溶质的性质无关：蒸气压下降的定量关系184实验证明：在稀溶液中，凝固点下降(ΔTf)为式中ΔTf表示溶液的凝固点下降，Tf*、Tf分别表示纯溶剂和溶液的凝固点，bB是质量摩尔浓度，单位为mol·kg–1。例如lkg水中溶解了62g乙二醇[C2H4(OH)2]，其质量摩尔浓度是1mol·kg–1；Kf

为凝固点下降常数，它取决于纯溶剂的特性而与溶质特性无关。凝固点下降的定量关系2.溶液的凝固点下降185表2.9一些溶剂的凝固点下降常数和沸点升高常数溶剂凝固点/℃Kf

/K·kg·mol–1沸点/℃Kb

/K·kg·mol–1醋酸173.9118.12.93苯5.45.1280.22.53氯仿–63.54.6861.23.63萘80.06.8//水0.011.86100.00.51186实验证明：在稀溶液中，沸点升高(ΔTb)为式中ΔTb表示溶液的沸点升高，