第3節(jié)

液晶

納米材料與超分子學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)培養(yǎng)1.知道物質(zhì)除有三種基本的聚集狀態(tài)外，還有液晶、納米材料、超分子等其他聚集狀態(tài)。通過(guò)認(rèn)識(shí)不同狀態(tài)物質(zhì)的重要應(yīng)用，認(rèn)識(shí)化學(xué)技術(shù)與社會(huì)之間的相互關(guān)系?？茖W(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任2.知道液晶、納米材料和超分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。探析物質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)性質(zhì)的影響。宏觀辨識(shí)與微觀探析知識(shí)體系聯(lián)想?質(zhì)疑典型的物態(tài)是固，液，氣三態(tài)！在生活中你還見(jiàn)到或?qū)嵱眠^(guò)其他物態(tài)的物質(zhì)嗎？不同聚集狀態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)物質(zhì)的聚集狀態(tài)微觀結(jié)構(gòu)微粒的運(yùn)動(dòng)方式宏觀性質(zhì)固態(tài)液態(tài)氣態(tài)有固定的形狀，幾乎不能被壓縮沒(méi)有固定的形狀，但不能被壓縮沒(méi)有固定的形狀，且容易被壓縮微粒排列緊密，微粒間的空隙很小微粒排列較緊密，微粒間的空隙較小微粒之間的距離較大在固定的位置上振動(dòng)可以自由移動(dòng)可以自由移動(dòng)閱讀課本第108-109頁(yè)，了解非晶體、液晶、納米材料、等離子體等幾種處于其他聚集狀態(tài)的物質(zhì)。一.液晶3.用途：最主要用于制造顯示器。1.定義：指在一定范圍內(nèi)既有液體的流動(dòng)性，在折射率、磁化率、電導(dǎo)率等宏觀性質(zhì)方面又表示出類(lèi)似晶體的各向異性的物質(zhì)，人們形象地稱(chēng)這類(lèi)物質(zhì)為液態(tài)晶體，簡(jiǎn)稱(chēng)液晶。2.種類(lèi)：通常按液晶分子的中心橋鍵和環(huán)的特征進(jìn)行分類(lèi)。目前已合成了1萬(wàn)多種液晶材料，其中常用的液晶顯示材料有上千種，主要有聯(lián)苯液晶、苯基環(huán)己烷液晶及酯類(lèi)液晶等。液晶的一般用途液晶的特性決定了它的用途，它在顯示技術(shù)、電子工業(yè)、航空工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等多方面都有廣泛的應(yīng)用。液晶顯示屏4、液晶的性質(zhì)和特點(diǎn)⑴液晶的特點(diǎn)：液晶分子的位置無(wú)序使它像液體，排列有序使它像晶體。液晶內(nèi)部分子的排列沿分子長(zhǎng)軸方向呈現(xiàn)出有序的排列。⑶液晶的光學(xué)性質(zhì)對(duì)外界條件的變化反應(yīng)敏捷。液晶分子的排列是不穩(wěn)定的，外界條件的微小變動(dòng)都會(huì)引起液晶分子排列的變化，因而改變液晶的某些性質(zhì)，例如溫度、壓力、摩擦、電磁作用、容器表面的差異等都可以改變液晶的光學(xué)性質(zhì)。⑵液晶的外形特征：液晶物質(zhì)都具有較大的分子，分子形狀通常是棒狀分子、碟狀分子、平板狀分子。常見(jiàn)的納米材料：富勒烯(C60等球碳)、石墨烯(單層石墨片)和碳納米管是納米材料中的“明星”，因其獨(dú)特性能而具有廣闊的應(yīng)用前景。閱讀課本第110-111頁(yè)，了解納米材料及應(yīng)用和性質(zhì)。3、納米材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：通常，納米顆粒內(nèi)部具有晶狀結(jié)構(gòu)，原子排列有序；而界面則為無(wú)序結(jié)構(gòu)。因此，納米材料具有既不同于微觀粒子又不同于宏觀物體的獨(dú)特性質(zhì)。正是由于納米材料的顆粒很小和處于界面的原子所占比例較高，使得納米材料在光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)等方面完全不同于由微米量級(jí)或毫米量級(jí)的結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)成的材料。二.納米材料1、納米：它是一種長(zhǎng)度單位：1nm=10-9m2、納米材料:是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍(1~100mm)或由他們作為基本單元構(gòu)成的材料。其組成是由直徑為幾個(gè)或幾十個(gè)納米的顆粒（呈晶體結(jié)構(gòu)）和顆粒間的界面（呈無(wú)序結(jié)構(gòu)）兩部分。⑴表面與界面效應(yīng):指納米晶體粒表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。5.納米材料具有特殊性質(zhì)⑵小尺寸效應(yīng):當(dāng)納米微粒尺寸與光波波長(zhǎng),傳導(dǎo)電子的德布羅意波長(zhǎng)及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度、透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí),它的周期性邊界被破壞,從而使其聲、光、電、磁，熱力學(xué)等性能呈現(xiàn)出“新奇”的現(xiàn)象。例如,銅顆粒達(dá)到納米尺寸時(shí)就變得不能導(dǎo)電;絕緣的二氧化硅顆粒在20納米時(shí)卻開(kāi)始導(dǎo)電。再譬如，高分子材料加納米材料制成的刀具比金鋼石制品還要堅(jiān)硬。利用這些特性，可以高效率地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能，此外又有可能?yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等等。⑶量子尺寸效應(yīng):

例如，有種金屬納米粒子吸收光線(xiàn)能力非常強(qiáng)，在1.1365千克水里只要放入千分之一這種粒子，水就會(huì)變得完全不透明。

納米級(jí)金屬顆粒近乎黑色故可作為制作隱形飛機(jī)上的雷達(dá)吸收材料等.1.定義：若兩個(gè)或多個(gè)分子相互“組合”在一起形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體,能表現(xiàn)出不同于單個(gè)分子的性質(zhì),可以把這種聚集體看成是分子層次之上的分子,稱(chēng)為超分子。三、超分子2.超分子結(jié)合方式：超分子內(nèi)部分子之間通過(guò)非共價(jià)鍵相結(jié)合,包括氫鍵、靜電作用、疏水作用以及一些分子與金屬離子形成的弱配位鍵等。3．超分子的應(yīng)用(1)冠醚識(shí)別陽(yáng)離子(2)分子梭的轉(zhuǎn)化：在鏈狀分子A上同時(shí)含有兩個(gè)不同的識(shí)別位點(diǎn)。在堿性情況下，環(huán)狀分子B與帶有正電荷的位點(diǎn)1的相互作用較強(qiáng)；在酸性情況下，由于位點(diǎn)2的烷基銨結(jié)合H＋而帶正電荷，與環(huán)狀分子B的作用增強(qiáng)。因此，通過(guò)加入酸和堿，可以實(shí)現(xiàn)分子梭在兩個(gè)不同狀態(tài)之間的切換。(3)分子組裝：在分子水平上進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，有序組裝甚至復(fù)制出一些新型分子材料。歸納?總結(jié)1.電子表、電子計(jì)算器、電腦顯示器都運(yùn)用了液晶材料顯示圖像和文字。有關(guān)其顯示原理的敘述中正確的是()A．施加電壓時(shí)，液晶分子沿垂直于電場(chǎng)方向排列B．移去電場(chǎng)后，液晶分子恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)C．施加電壓時(shí)，液晶分子恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)D．移去電場(chǎng)后，液晶分子沿電場(chǎng)方向排列B隨堂練習(xí)2.關(guān)于液晶的下列說(shuō)法中正確的是()A．液晶是一種晶體B．液晶分子的空間排列是穩(wěn)定的，具有各向異性C．液晶的化學(xué)性質(zhì)與溫度變化無(wú)關(guān)D．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化D3.有關(guān)液晶的敘述,不正確的是()A.液晶既具有液體的流動(dòng)性,又具有晶體的各向異性B.液晶最重要的用途是制造液晶顯示器C.液晶不是物質(zhì)的一種聚集狀態(tài)D.液晶分子聚集在一起時(shí),其分子間相互作用很容易受溫度、壓力和電場(chǎng)的影響C4、液晶廣泛用于電子儀表產(chǎn)品等，MBBA是一種研究較多的液晶材料，其化學(xué)式為C18H21NO，下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是()A．MBBA屬于有機(jī)高分子化合物B．MBBA由碳、氫、氧、氮四種元素組成C．MBBA中碳、氫、氧、氮的原子個(gè)數(shù)比為18∶21∶2∶1D．MBBA中含有一氧化氮分子B5、下列關(guān)于物質(zhì)特殊聚集狀態(tài)結(jié)構(gòu)的敘述中,錯(cuò)誤的是()A.同一種金屬元素構(gòu)成的納米材料與宏觀金屬晶體具有完全等同的性質(zhì)B.超分子內(nèi)部分子可以通過(guò)非共價(jià)鍵結(jié)合C.液晶內(nèi)部分子沿分子長(zhǎng)軸方向有序排列,使液晶具有各向異性D.納米材料包括納米顆粒與顆粒間的界面兩部分A6、下列關(guān)于納米材料基本構(gòu)成微粒的敘述中，錯(cuò)誤的是()A．三維空間尺寸必須都處于納米級(jí)B．既不是微觀粒子，也不是宏觀物質(zhì)C．是原子排列成的納米數(shù)量級(jí)原子團(tuán)D．是長(zhǎng)程無(wú)序的一種結(jié)構(gòu)狀態(tài)A7、我國(guó)科學(xué)家成功合成了3nm長(zhǎng)的管狀定向碳納米管。這種碳纖維具有強(qiáng)度高、剛度(抵抗變形的能力)高、密度小(只有鋼的)、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性好的特點(diǎn),因而被稱(chēng)為“超級(jí)纖維”。下列對(duì)碳纖維的說(shuō)法不正確的是()A.它是制造飛機(jī)的理想材料B.它的主要組成元素是碳C.它的抗腐蝕能力強(qiáng)D.碳纖維復(fù)合材料為高分子化合物D8、下列關(guān)于納米技術(shù)的敘述不正確的是()A．將“納米材料”均勻分散到液體分散劑中可制得液溶膠B．用納米級(jí)金屬顆粒粉劑作催化劑可加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率C．用納米顆粒粉劑做成火箭的固體燃料將有更大的推動(dòng)力D．銀器能抑菌、殺菌，納米銀微粒植入內(nèi)衣織物中，有奇異的抑菌、殺菌效果B9、納米材料是21世紀(jì)最有前途的新型材料之一，世界各國(guó)對(duì)這一新材料給予了極大的關(guān)注。納米粒子是指直徑為1～100nm的超細(xì)粒子(1nm＝10－9m)。由于表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，其常有奇特的光、電、磁、熱等性質(zhì)，可開(kāi)發(fā)為新型功能材料。下列有關(guān)納米粒子的敘述不正確的是()A．因納米粒子半徑太小，故不能將其制成膠體B．一定條件下納米粒子可催化水的分解C．一定條件下，納米TiO2陶瓷可發(fā)生任意彎曲，可塑性好D．納米粒子半徑小，表面活性高A10、我國(guó)科學(xué)家制得了SiO2超分子納米管,微觀結(jié)構(gòu)如圖所示。下列敘述正確的是()A.SiO2與干冰的晶體結(jié)構(gòu)相似B.SiO2耐腐蝕,不與任何酸反應(yīng)C.工業(yè)上用SiO2制備粗硅D.光纖主要成分是SiO2，具有導(dǎo)電性C11、下列不能看作超分子的是()A．兩個(gè)DNA分子鏈通過(guò)氫鍵結(jié)合在一起B(yǎng)．細(xì)胞膜中的磷脂分子的雙層膜結(jié)構(gòu)C．冠醚與金屬離子的聚集體D．所有以氫鍵結(jié)合在一起的分子D設(shè)：立方體(六方)的棱長(zhǎng)為anm,原子半徑為rnm，摩爾質(zhì)量為Mg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA