《工程化學(xué)基礎(chǔ)》教案-第2章1第二章物質(zhì)的化學(xué)組成和聚集狀態(tài)工程化學(xué)2目錄一物質(zhì)的化學(xué)組成二固體三液體和液晶四氣體和等離子體第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)目錄3物質(zhì)實(shí)物場(chǎng)無(wú)機(jī)物有機(jī)物單質(zhì)及簡(jiǎn)單化合物氧化物酸堿鹽復(fù)雜化合物配合物團(tuán)簇超分子無(wú)機(jī)高分子無(wú)機(jī)固體材料等簡(jiǎn)單化合物烴及其衍生物醇醛羧酸酯等有機(jī)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(fù)雜化合物超分子金屬有機(jī)物質(zhì)的分類第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成一物質(zhì)的化學(xué)組成4配合物是以金屬正離子或中性原子作為中心有若干個(gè)負(fù)離子或中性分子按一定的空間位置排列在其周?chē)纬傻膹?fù)雜化合物英語(yǔ)中稱做CoordinationCompound或ComplexCompound意為協(xié)同化合物或復(fù)雜化合物1配位化合物第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成5[PtNH34NO2Cl]CO3中心離子內(nèi)界配離子外界K4[PtCl6]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(shuō)明第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成6配位化合物的命名二苯合鉻0CrC6H62八羰合二鈷0Co2CO8硫酸二乙二胺合銅Ⅱ[Cuen2]SO4氯化乙酸根二氨合銅Ⅱ[CuNH32CH3COO]Cl氯化二氯一水三氨合鈷Ⅲ[CoNH33H2OC12]Cl四碘合汞Ⅱ酸鉀K2[HgI4]六氯合鉑Ⅱ酸鉀K4[PtCl6]乙二胺四乙酸合鎂Ⅱ酸鈉Na2[MgY]二氯二羥合鋅Ⅱ酸H2[ZnOH2C12]第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成7Cu2H2NH2NNH2NH2CH2CH2CH2CH2CaONCH2COOONOCOCH2CH2CH2COCH2CH2CO2-[CaY]2配離子多齒配體與螯合物螯合物的穩(wěn)定性很強(qiáng)螯合物的穩(wěn)定性很強(qiáng)是因?yàn)轵闲?yīng)的結(jié)果第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成8反式-二氯二氨合鉑ⅡPtH3NClClNH3PtNH3ClClNH3順式-二氯二氨合鉑Ⅱ例如具有抗癌活性無(wú)活性配合物的結(jié)構(gòu)與性能具有相同化學(xué)組成的配合物可能有不同的空間結(jié)構(gòu)并表現(xiàn)出不同的性能第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成9團(tuán)簇是指由幾個(gè)至上千個(gè)原子分子或其結(jié)合態(tài)粒子聚集而形成的相對(duì)穩(wěn)定的介觀聚集體它的研究在20世紀(jì)80年代后迅速發(fā)展團(tuán)簇的空間尺度在納米109m量級(jí)左右2團(tuán)簇金屬簇如LinCunHgn非金屬簇如CnNnArn分子簇如H2OnNaCln常規(guī)FeCoNi等是鐵磁性的但它們的團(tuán)簇可以是超順磁性的第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成10磁性材料的磁性隨溫度的變化而變化當(dāng)溫度低于居里點(diǎn)時(shí)材料的磁性很難被改變而當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)時(shí)材料將變成順磁體paramagnetic其磁性很容易隨周?chē)拇艌?chǎng)改變而改變?nèi)绻麥囟冗M(jìn)一步提高或者磁性顆粒的粒度很小時(shí)即便在常溫下磁體的極性也呈現(xiàn)出隨意性難以保持穩(wěn)定的磁性能這種現(xiàn)象被就是所謂超順磁效應(yīng)SuperparaMagneticEffect超順磁性第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成11金剛石石墨C60的結(jié)構(gòu)示意圖cC60原子數(shù)為202428323650607084120其中C60的豐度最高C70次之C60是1985年發(fā)現(xiàn)的a金剛石b石墨碳團(tuán)簇第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成12SmalleyRECurlRF和英國(guó)化學(xué)家KrotoHW因?qū)﹂_(kāi)拓這個(gè)新領(lǐng)域的貢獻(xiàn)榮獲1996年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)CsC60HW克魯托HaroldWKrotoRE史沫萊RichardESmalleyRF柯?tīng)朢obertFCurl發(fā)現(xiàn)C60的三位科學(xué)家第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成13碳納米管1991年發(fā)現(xiàn)了碳納米管也稱布基管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(gè)C60或更大的球碳所封閉外部直徑只有幾到幾十納米密度是鋼的16而強(qiáng)度卻是鋼的100倍碳納米管的結(jié)構(gòu)示意圖第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成太空天梯14約簡(jiǎn)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L(fēng)aH276Fe1xOSn1xO2PbO1883非整比化合物第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成15陽(yáng)離子過(guò)?；蜿庪x子短缺的化合物Zn1xONaCl1x由混雜缺陷產(chǎn)生的非整比化合物Na12xCaxClCa1xYxF2xZr1xCaxO2xLixSi1xAlO2究其原因是晶體中存在著缺陷陽(yáng)離子短缺或陰離子過(guò)剩的化合物Cd1xSUO2x第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成16非整比化合物等在材料中十分重要可以控制或改善無(wú)機(jī)固體材料的光電聲磁熱力學(xué)等性質(zhì)彩色電視發(fā)光材料用的紅粉綠粉和藍(lán)粉Y2O2SEu3Y2O2STb3CaSr10PO46C12Eu3第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成錄音磁頭合金Co090Fe006Ni002Nb00278Si22xBx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(duì)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17由金屬原子和有機(jī)基團(tuán)中碳原子鍵合而成含金屬碳鍵MC的化合物稱金屬有機(jī)化合物如C2H52ZnC6H5TiOC3H73C2H54PbRMgXR為烷基X為鹵素金屬有機(jī)化合物大體分三類1離子型化合物2σ鍵化合物3非經(jīng)典鍵化合物4金屬有機(jī)化合物第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成181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RMR2M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(yīng)活性對(duì)空氣敏感遇水劇烈水解第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成192σ鍵化合物第IIIAVIIA族和第IBIIB族元素與有機(jī)基團(tuán)主要以σ共價(jià)鍵結(jié)合形成化合物如R2HgC2H54PbCH33SnCl等具有揮發(fā)性對(duì)空氣穩(wěn)定一般溶于非極性溶劑第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成203非經(jīng)典鍵化合物包括由過(guò)渡元素與不飽和基團(tuán)通過(guò)金屬軌道和π電子之間相互作用而生成的π配合物如CrC6H62FeC5H52二茂鐵[KPdCl3CH2CH2]過(guò)渡元素與羰基等配合形成同時(shí)含σ鍵和π鍵的金屬有機(jī)化合物如羰基金屬M(fèi)COn第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成21金屬有機(jī)化合物是電子光學(xué)磁性等功能材料超純材料和精細(xì)陶瓷等許多工業(yè)加工中的重要物質(zhì)基礎(chǔ)金屬鎳粉與CO反應(yīng)得到液態(tài)NiCO4在稍高溫度下分解便得到純鎳Nis4CONiCO4l43oC50oC金屬有機(jī)化合物應(yīng)用實(shí)例第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成揮發(fā)性四羰基鎳的毒性比一氧化碳還大22MC鍵CC鍵容易在MC處斷裂例如三丁基鋁A1C4H93熱分解得到金屬鋁膜CO鍵MO鍵易在CO鍵處斷裂SiOC2H54SiO2H2O[CH]碳?xì)浠衔?00℃化學(xué)氣相沉積ChemicalVaporDepositCVD第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成23高分子化合物簡(jiǎn)稱高分子又稱高聚物它的相對(duì)分子質(zhì)量高達(dá)幾千甚至幾百萬(wàn)5高分子化合物nHCHOnOHOHCH2nnH2O世界上第一個(gè)合成高分子是1907年誕生的酚醛樹(shù)脂無(wú)機(jī)高分子有機(jī)高分子天然高分子纖維素蛋白質(zhì)淀粉木質(zhì)素合成高分子第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成24聚氯乙烯的分子是由許多氯乙烯加聚結(jié)合而成單體鏈節(jié)多分散性高分子化合物相對(duì)分子質(zhì)量大小不等的現(xiàn)象簡(jiǎn)寫(xiě)ClCH2CHn聚合物nCH2CHClCH2CHCH2ClCHCH2ClCHCl聚合聚合度加成聚合與縮合聚合第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成25nH2NCH26NH2己二酸己二胺nHOOCCH24COOH2n1H2O聚酰胺66或尼龍66]nOH聚酰胺66經(jīng)過(guò)縮聚反應(yīng)制得H[NHCH26NHCOCH24CO聚合度為2n聚合度是以鏈節(jié)數(shù)來(lái)計(jì)量的在聚酰胺化學(xué)式中名稱后的第一個(gè)數(shù)字6指二元胺的碳原子數(shù)第二個(gè)數(shù)字6指二元酸的碳原子數(shù)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成26碳鏈高分子化合物主鏈中均是CC鍵主鏈中引入了ON等雜元素不但有CC鍵還有COCN鍵雜鏈高分子化合物主鏈中僅含有SiPO等元素而沒(méi)有C原子元素有機(jī)高分子化合物高分子化合物的分類第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成27一些高分子化合物及其單體CF2CF2聚四氟乙烯聚苯乙烯聚異戊二烯ClCHCH2聚氯乙烯CH3CHCH2聚丙烯CH2CH2聚乙烯單體化學(xué)式名稱CH2CH2n[]CHCH2n[]CH3CHCH2n[]ClCHCH2n[]CF2CF2n[]CH2CH2n[]CCHCH3CHCH2CH2CCHCH2CH3第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成28CH2CHCN聚丙烯腈聚環(huán)氧乙烷聚甲基丙烯酸甲酯H2NCH26NH2HOOCCH24COOH聚酰胺單體化學(xué)式名稱O[]nNHCH25CCH2Cn[]COOCH3CH3CH2CH2n[]ONHCH25COCH2CCOOCH3CH3CH2CH2OOONHCH26NHCCH24C[]nHOHCHCH2CNn[]第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成29聚二甲基硅氧烷HCHO酚醛樹(shù)脂HOCH2CH2OH聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚丙烯酰胺單體化學(xué)式名稱CH2CH2n[]COH2NCCOOCH2CH2n[]OOOHCH2n][SiOn[]CH3CH3SiOHOHCH3CH3OHCOOHCHOOCH2CHCNH2O第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成30CH2CHCNCH2CHCHCH2單體化學(xué)式ABS名稱CHCH2x[]CNCH2CH2y[]CHCHCHCH2z[]CHCH2第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成31高分子化合物的命名4以高分子化合物的主要用途或最初用途表示命名如乙烯-丙烯共聚物稱乙丙橡膠聚酰胺高聚物稱尼龍或錦綸1在單體或組成特征前面加聚Po1y-2在單體后面加樹(shù)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(shù)脂如酚醛樹(shù)脂脲醛樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂聚氯乙烯樹(shù)脂等3英文縮寫(xiě)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(gè)字母大寫(xiě)組合來(lái)表示PE是聚乙烯Polyethylene的英文縮寫(xiě)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成32一些常見(jiàn)高分子化合物的名稱SBRBRIREPRButadiene-styrenerubbercis-14-Polybutadienerubbercis-14-PolyisoprenerubberEthylene-propylenerubber丁苯橡膠順丁橡膠異戊橡膠乙丙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橡膠PETPPAPANPVAPolyethyleneterephthalatePolyhexamethyleneadipamidePolyacrylonitrilePolyvinylacetal滌綸的確良錦綸66或尼龍66腈綸維綸聚對(duì)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纖維PEPPPVCPSABSPolyethylenePolypropylenePolyvinylchloridePolystyreneAcrylonitrile-butadiene-styrenecopolymer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塑料英文縮寫(xiě)英文名稱習(xí)慣名稱或商品名稱化學(xué)名稱高分子材料第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成33構(gòu)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6生物分子第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成341自由基OHO2NO第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成35蛋白質(zhì)分子是一條或多條多肽鏈構(gòu)成的生物大分子相對(duì)分子質(zhì)量可從一萬(wàn)到數(shù)百萬(wàn)多肽鏈由氨基酸通過(guò)肽鍵酰胺鍵CONH共價(jià)連接而成各種多肽鏈都有自己特定的氨基酸順序2蛋白質(zhì)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成36人體細(xì)胞含有3000至10000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α-碳上有一個(gè)氨基NH2的有機(jī)羧酸α-氨基酸氨基酸結(jié)構(gòu)通式RCHNH2COOH氨基酸可分為脂肪族芳香族和雜環(huán)族三類第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成3710987654321序號(hào)賴氨酸蛋氨酸異亮氨酸亮氨酸纈氨酸蘇氨酸半胱氨酸絲氨酸丙氨酸甘氨酸中文名稱LysMetIleILeuLValVThrTCysSerSAlaAGlyG英文縮寫(xiě)CH2CH2CH2CH2NH2CH2CH2SCH3CHCH3CH2CH3CH2CHCH32CHCH32CHOHCH3R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)NH2COOHCHHH3CNH2COOHCHHOCH2NH2COOHCHNH2COOHCHHSCH220種氨基酸的名稱和結(jié)構(gòu)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成3820191817161514131211序號(hào)脯氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酸精氨酸苯丙氨酸天冬酰胺天冬氨酸酪氨酸色氨酸中文名稱PrOPHisGlnGluArgPheFAsnAspTyrTrp英文縮寫(xiě)R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)CH2CH2CH2COOHCH2COOHCH2CONH2CH2NHCH2OHCH2CH2CH2NHCNHNH2CH2CH2CONH2NNHCH2NHHCOOH續(xù)表表中帶者為人體必需氨基酸第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成39除甘氨酸外其余19種氨基酸的α-碳原子都與4個(gè)不相同的基團(tuán)相連這種結(jié)構(gòu)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(guān)系就象實(shí)物和鏡像左手和右手的關(guān)系CHH2NHOOCRCCOOHNH2HR手性分子第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成40生物界10101012數(shù)量級(jí)的蛋白質(zhì)種類第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)完全由氨基酸組成結(jié)合蛋白質(zhì)除蛋白質(zhì)外還有非蛋白質(zhì)成分輔基或配基41第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成血紅蛋白由四個(gè)亞基構(gòu)成每個(gè)亞基由一條肽鏈和一個(gè)血紅素分子構(gòu)成血紅蛋白血紅素分子是一個(gè)具有卟啉結(jié)構(gòu)的小分子在卟啉分子中心由卟啉中四個(gè)吡咯環(huán)上的氮原子與一個(gè)亞鐵離子配位結(jié)合珠蛋白肽鏈中第8位的一個(gè)組氨酸殘基中的吲哚側(cè)鏈上的氮原子從卟啉分子平面的上方與亞鐵離子配位結(jié)合當(dāng)血紅素不與氧結(jié)合的時(shí)候有一個(gè)水分子從卟啉環(huán)下方與亞鐵離子配位結(jié)合而當(dāng)血紅素載氧的時(shí)候就由氧分子頂替水的位置42蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)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(gòu)象的化學(xué)鍵有氫鍵鹽鍵疏水鍵VanderWaals力和二硫鍵蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)主要包括蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成43在α-螺旋結(jié)構(gòu)中多肽鏈中各肽鍵平面通過(guò)α-碳原子的旋轉(zhuǎn)圍繞中心軸形成一種緊密螺旋盤(pán)曲構(gòu)象絕大多數(shù)蛋白質(zhì)分子中所存在的α-螺旋幾乎都是右手螺旋第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成44第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成45蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)tertiarystructuer是指蛋白質(zhì)主要指球狀蛋白分子在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步卷曲折疊而構(gòu)成的一種不規(guī)則的特定的更復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)無(wú)規(guī)卷曲α-螺旋β-折迭β-轉(zhuǎn)角第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成463核酸核酸因首先發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞核并且具有酸性而得名它們由磷酸脫氧核糖或核糖有機(jī)堿組成DNA和RNA之間主要是戊醛糖和嘧啶堿有區(qū)別第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成47嘧啶堿嘌呤堿含氮有機(jī)堿戊醛糖H3PO4H3PO4酸RNADNA核酸組成NNNNOH2NNNNNNH2HHH腺嘌呤A鳥(niǎo)嘌呤G腺嘌呤A鳥(niǎo)嘌呤GNNNNOH2NNNNNNH2HHHCH3HHHNNOONNNH2ONNNH2ONNOOHHH胞嘧啶C胸腺嘧啶T胞嘧啶C尿嘧啶UOOHOHHOH2C-D-2-脫氧核糖HOH2COOHOHOH-D-核糖DNA和RNA的組成單元第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成48在DNA分子中存在4種脫氧核糖核苷其結(jié)構(gòu)如下HNNNNNH2NNNNOH2NOOHHOH2CHOH2COOHOOHHOH2COOHHOH2CCH3HNNOONNNH2O脫氧胞苷脫氧胸苷脫氧腺苷脫氧鳥(niǎo)苷胞嘧啶脫氧核苷胸腺嘧啶脫氧核苷腺嘌呤脫氧核苷鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成49蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄酶RNA酶復(fù)制DNA酶復(fù)制翻譯酶中心法則示意圖核酸是遺傳信息的攜帶者與傳遞者中心法則第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成50復(fù)制DNA→DNA表達(dá)DNA→mRNA→蛋白質(zhì)中心法則的補(bǔ)充RNA的反轉(zhuǎn)錄RNA的自我復(fù)制DNA指導(dǎo)的蛋白質(zhì)合成第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成51基因是一個(gè)特定的DNA片段基因第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成一個(gè)基因通常有10005000個(gè)堿基對(duì)一個(gè)DNA分子可以含有多達(dá)上萬(wàn)個(gè)基因人體的46條染色體大約含100萬(wàn)個(gè)基因人類基因組計(jì)劃核心就是測(cè)定人類基因組的全部DNA序列從而獲得人類全面認(rèn)識(shí)自我的最重要的生物信息根據(jù)基因圖譜使藥物治療個(gè)性化提示預(yù)防措施精確用藥52基因芯片的檢測(cè)速度之所以這么快主要是因?yàn)榛蛐酒嫌谐汕先f(wàn)個(gè)微凝膠可進(jìn)行并行檢測(cè)內(nèi)嵌基因芯片的基因檢測(cè)裝置基因芯片又稱DNA芯片含有成千上萬(wàn)的網(wǎng)格狀密集排列的基因探針每個(gè)基因探針包含著由若干個(gè)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40100萬(wàn)種基因探針根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則捕捉相應(yīng)的DNA從而對(duì)遺傳物質(zhì)進(jìn)行分子檢測(cè)基因芯片第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成53基因工程DNA重組技術(shù)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(guò)載體將重組的DNA分子引入受體細(xì)胞使重組DNA在受體細(xì)胞中得以復(fù)制與表達(dá)基因工程基因工程的直接目的就是改造生物第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成對(duì)于外周血管阻塞病人導(dǎo)入血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子基因可使局部血管增生形成側(cè)肢循環(huán)來(lái)恢復(fù)血供對(duì)于晚期惡性腫瘤患者將一些細(xì)胞因子基因?qū)塍w內(nèi)通過(guò)增強(qiáng)機(jī)體免疫功能而使腫瘤得到抑制如何導(dǎo)入基因人造生命544糖類糖類主要由CH和O三種元素組成大多具有通式CnH2On故又稱碳水化合物糖類物質(zhì)由植物光合作用合成nH2OnCO2CnH2OnnO2光葉綠素糖類通過(guò)生物氧化為自身提供能量以滿足生命活動(dòng)的能量需要C6H12O66O2→6H2O6CO2第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成55糖類常分三類1單糖2低聚糖或寡糖3多糖糖的分類第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成56a單糖HCHOOHOHHOHHOHHCH2OHHOCHOHOHHOHHOHHCH2OHHCHOOHHHOOHHOHHCH2OHHOCHOHHHOOHHOHHCH2OHHCHOOHOHHHHOOHHCH2OHHOCHOHOHHHHOOHHCH2OHHOCHOHHHOHHOOHHCH2OHHCHOOHHHOHHOOHHCH2OHD-己醛糖的構(gòu)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第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成57果糖單體葡萄糖單體b低聚糖或寡糖OHHOHHOHOOHHHCH2OHHHOHHOHOCH2OHCH2OH蔗糖雙糖CH2OHOHHOOHHOHHCH2OH果糖單體FischerProiection能水解成210個(gè)單糖蔗糖乳糖和麥芽糖都是二糖第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成58c多糖能水解成10個(gè)以上的單糖如植物體內(nèi)的淀粉纖維素動(dòng)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(méi)有甜味一般不溶于水與生物體關(guān)系最密切的多糖是淀粉糖原和纖維素第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成59HOOHHHOHOOHHOHHHOHOHOHHHHOHOHHOOHHHOHOHOHHHOHHOOHHHOHHOHHOHHOHOOHHHOHHOHHOOHHHOHHOHHOHOHOHα式β式淀粉纖維第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成60作業(yè)練習(xí)題P3214P337第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)一物質(zhì)的化學(xué)組成61二固體第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體固體即固態(tài)系統(tǒng)習(xí)慣上稱系統(tǒng)為體系故有固體這個(gè)術(shù)語(yǔ)固體中的原子及其結(jié)合態(tài)粒子在空間的排布如果長(zhǎng)程有序便稱為晶體如果短程無(wú)序就稱為非晶體晶體非晶體62晶格及晶胞abc等徑圓球密堆積晶格或點(diǎn)陣晶胞1晶體第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體63十二面體鉆石晶體鉆石及其母巖如果能用一個(gè)空間點(diǎn)陣圖形貫穿整個(gè)晶體這個(gè)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第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體64當(dāng)?shù)貢r(shí)間2003年10月7日在倫敦索思比拍賣(mài)行一名工作人員在展示一顆大D色級(jí)的鉆石這枚鉆石將會(huì)在下月20日在日內(nèi)瓦進(jìn)行拍賣(mài)預(yù)計(jì)起拍價(jià)會(huì)在500和600萬(wàn)英磅800萬(wàn)-1000萬(wàn)美元之間天價(jià)鉆石第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體65硅單晶第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體66一般的固體材料不能用一個(gè)空間點(diǎn)陣圖形貫穿它們稱為多晶體多晶體第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體多晶體結(jié)構(gòu)示意圖67按晶格結(jié)點(diǎn)上微粒的種類組成及其粒子間相互作用力的不同晶體可分為離子晶體分子晶體原子晶體金屬晶體第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體681離子晶體離子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上交替排列著正負(fù)離子靠離子鍵結(jié)合較高的熔點(diǎn)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(dǎo)電性但在固體狀態(tài)時(shí)幾乎不導(dǎo)電NaCl-NaCl離子晶體第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體69KFNaF和CaO晶體離子間作用力及其熔點(diǎn)變化規(guī)律2164933860熔點(diǎn)℃增大離子間的作用023102300266離子半徑之和nm009901320097013301330133離子半徑nm2-22-11-11-1離子的電荷CaOCaF2NaFKF物質(zhì)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體70硫酸銅紫外光濾光片CopperSulfateUVFilterNickelSulfateUVFilter硫酸鎳紫外光濾光片第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體712分子晶體分子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)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(jié)合屬于分子晶體的物質(zhì)一般為非金屬元素組成的共價(jià)化合物如SiF4SiCl4SiBr4SiI4H2OCO2I2等第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體72OCOCO2分子晶體干冰第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體73C60的溶液AstudentsviewofthediscoveryofBuckminsterfullereneadaptedfromJonathanHaresPhDthesisSussexUniversity1993C60的晶體結(jié)構(gòu)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體74對(duì)于無(wú)氫鍵的相同類型分子晶體分子間力隨相對(duì)分子質(zhì)量增大而增大熔點(diǎn)沸點(diǎn)也隨之增高由于分子間力較弱分子晶體的硬度較小熔點(diǎn)一般低于400℃并有較大的揮發(fā)性如碘片萘等分子晶體的物理性質(zhì)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體753原子晶體原子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上排列著中性原子原子間由共價(jià)鍵結(jié)合由非金屬元素組成的共價(jià)化合物多為分子晶體但有少部分形成原子晶體如常見(jiàn)的C金剛石立方型SiGeAsSiC俗稱金剛砂SiO2B4CBN立方型GaAs等第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體76CCCCCCCCC金剛石C的晶體結(jié)構(gòu)金剛石第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體774金屬晶體金屬晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上排列著原子或正離子原子或正離子通過(guò)自由電子結(jié)合這種結(jié)合力是金屬鍵金屬鍵的強(qiáng)弱與原子半徑有效核電荷外層電子組態(tài)等因素有關(guān)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體78金屬晶體堆積方式A1型密堆積ABCABCA3型密堆積ABABA2型密堆積ABAB體心立方六方面心立方第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體79金屬晶體單質(zhì)多數(shù)具有較高的熔點(diǎn)和較大的硬度金屬晶體的物理性質(zhì)金屬晶體具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性尤其是第IB族的CuAgAu金屬晶體還有良好的延展性等機(jī)械加工性能有金屬光澤對(duì)光不透明等特性第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體熔點(diǎn)最高的是鎢3410℃和錸3180℃耐高溫金屬熔點(diǎn)高于鉻的熔點(diǎn)1857℃805過(guò)渡型晶體例如二碘化鎢WI2WI2WI2250650℃高溫第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體816混合鍵型晶體例如層狀結(jié)構(gòu)的石墨二硫化鉬氮化硼等屬于混合鍵型晶體第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體石墨的層狀結(jié)構(gòu)82氧原子硅原子SiO44四面體硅酸鹽結(jié)構(gòu)示意圖第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體83與晶體晶格結(jié)點(diǎn)上微粒有序排列不同非晶體中微粒呈無(wú)序排列2非晶體非晶態(tài)琥珀C10H16O硬度25第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體非晶體的熔化經(jīng)歷由固態(tài)逐漸變軟最后變?yōu)榱鲃?dòng)熔體的一個(gè)過(guò)程所以無(wú)確定的熔點(diǎn)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)84目前廣泛應(yīng)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)合金也稱金屬玻璃第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體851非晶態(tài)高分子化合物玻璃態(tài)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體86幾種高分子化合物的玻璃化溫度粘流化溫度和分解溫度264220230112146100130Tf℃270尼龍66300310聚碳酸酯300聚苯乙烯≥300低壓聚乙烯109硅橡膠4050氯丁橡膠6375丁苯橡膠-73天然橡膠48尼龍66100聚丙烯腈85聚乙烯醇75聚氯乙烯5768有機(jī)玻璃80100聚苯乙烯Td℃Tg℃高分子化合物第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體872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(pán)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體883非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金可以是二元三元或多元合金二元合金中加入適當(dāng)?shù)钠渌爻３Ｄ軌蛱岣吆辖鸬姆蔷Щ芰?0世紀(jì)60年代后由液態(tài)金屬快速凝固而成冷卻速率為103105Ks第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體BePBC及VIVIII族元素等是非晶態(tài)合金的重要組成部分89例如Pd82Si18形成臨界冷卻速率約為105Ks加入Cu后Pd77Cu6Si17約在102Ks冷卻速率下就可以形成幾毫米粗的非晶絲Pd40Cu30Ni10P20可以在01Ks的冷卻速率下形成厚度約為100mm的大體積非晶態(tài)合金非晶態(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(qiáng)度高韌性高硬度高光潔度和抗腐蝕抗輻射抗沖擊等特點(diǎn)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體90石英光導(dǎo)纖維石英光導(dǎo)纖維也是非晶體材料第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體性能各異的光纖樣品91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3固體吸附劑固體物質(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(qiáng)的固體吸附劑來(lái)吸附污染物第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體92活性炭比表面積有5001500m2g有很強(qiáng)的物理吸附能力活性炭在活化過(guò)程中能在表面非結(jié)晶部分形成一些含氧官能團(tuán)如羧基-COOH羥基-OH羰基-CO-這些基團(tuán)使它具有化學(xué)吸附的能力和良好的催化活性活性炭第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體93第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體活性炭纖維比活性炭有更大的比表面積常做成毛氈形可操作性更好94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Mxn[AlO2xSiO2y]mH2OM通常是指NaKCa2等分子篩的骨架一般由SiO4和A1O4四面體結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成再以不同方式連接成立體的網(wǎng)狀骨架分子篩A型結(jié)構(gòu)分子篩第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體95分子篩產(chǎn)品分子篩能可吸附H2ONH3H2SSO2CO2C2H5OHC2H6C2H4C3H6等廣泛應(yīng)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應(yīng)用領(lǐng)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)第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體96固體廢棄物4固體廢棄物全世界每年產(chǎn)生的廢棄物超過(guò)100億噸工業(yè)廢棄材料城鎮(zhèn)渣土礦山殘?jiān)罾蜕镔|(zhì)Biomass第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體97占用大面積土地重金屬污染進(jìn)入食物鏈有機(jī)固體廢棄物腐爛滋生病菌固體廢棄物的危害第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體98廣東省潮陽(yáng)市的貴嶼鎮(zhèn)堆積如山的電子垃圾2001年12月第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體99對(duì)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(duì)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(guò)化學(xué)或生物技術(shù)處理使其轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)固體廢棄物的再生化資源化第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體解決途徑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(shù)轉(zhuǎn)化為乙醇成為清潔燃料通過(guò)厭氧細(xì)菌進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)生CO和CH4等氣體通過(guò)好氧細(xì)菌進(jìn)行氧化分解變成腐殖質(zhì)CO2和水100投料焚燒鍋爐焚燒垃圾發(fā)電第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體101作業(yè)練習(xí)題P4326P448第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)二固體102三液體和液晶第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)三液體和液晶液體遠(yuǎn)程無(wú)序近程有序液體沒(méi)有固定的形狀具有流動(dòng)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1031水的性質(zhì)和應(yīng)用水分子中氫氧原子以共價(jià)鍵相結(jié)合OH鍵長(zhǎng)為009572nm∠HOH為10452°氣相水的結(jié)構(gòu)四面體形電荷分布體系OHδ-δ-δδ296pm55o水的氣態(tài)二聚體第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)三液體和液晶104水分子的結(jié)構(gòu)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(guān)研究每1億片雪花中很難找到兩片外形相同的雪花第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)三液體和液晶105水團(tuán)簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)水分子間存在氫鍵而發(fā)生締合形成水的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)H2On水的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)O-H氫鍵第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)三液體和液晶106水在4℃時(shí)密度最大冰的結(jié)構(gòu)水的密度第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)三液體和液晶冰具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)隨著溫度升高冰熔化這種冰山結(jié)構(gòu)塌陷水分子排列變得更緊密在4℃時(shí)達(dá)到極值此時(shí)密度最大出現(xiàn)所謂的冷脹熱縮現(xiàn)象107水締合程度大活性喪失嚴(yán)重因而變成了死水熱水洗滌效果好熱茶較冷水解渴第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)三液體和液晶磁化水可能與水的締合度降低或被解除有關(guān)108當(dāng)水溶液中cH10moldm3時(shí)一般用pH來(lái)表示水會(huì)發(fā)生解離其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)俗稱離子積式中cθ為標(biāo)準(zhǔn)濃度cθ100moldm3]OH[]H[θθθwccccK25℃時(shí)水的Kwθ100×1014Kwθ值隨溫度的升高而增大在0℃35℃50℃時(shí)分別為114×1015206×1014和535×1014]Hlg[pHθcc水的解離H2OHOH-第2章物質(zhì)的化學(xué)組成與聚集狀態(tài)三液體和液晶