1、1,材料結(jié)構(gòu)與性能（）-現(xiàn)名為“聚合物結(jié)構(gòu)與性能”,班級(jí)：材研1205 姓名：薛金龍 學(xué)號(hào)：2012210102,2,化學(xué)反應(yīng)的方向及判斷依據(jù),化學(xué)反應(yīng)的方向,3,化學(xué)反應(yīng)的方向,自然界中的自發(fā)過程體現(xiàn)了自然界變化的方向性,(1)自然界中水由高處往低處流，而不會(huì)自動(dòng)從低處往高處流 (2) 鐵器暴露在潮濕空氣中會(huì)生銹；這些過程都是自發(fā)的，其逆過程就是非自發(fā)的。,水往低處流,冰融化,4,化學(xué)反應(yīng)的方向,焓變與反應(yīng)方向,說明： 1）多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)； 2）有不少吸熱過程也能自發(fā)進(jìn)行； 3）自發(fā)變化或非自發(fā)變化是在給定條件下而言的，若條件改變，自發(fā)過程非自發(fā)過程，而非自發(fā)過程自發(fā)過程

2、； 4) 焓變（H）是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素之一. 但不是唯一因素； 5）相同條件下，自發(fā)變化的逆過程是非自發(fā)過程。,對(duì)于化學(xué)反應(yīng)而言，絕大多數(shù)的放熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,且放出的熱量越多，體系能量降低越多，反應(yīng)越完全,能量判據(jù)：體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài),（H0）。,5,化學(xué)反應(yīng)的方向,有序,混亂,研究表明，除熱效應(yīng)外，決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的另一因素體系的混亂度（熵S）,大多數(shù)自發(fā)反應(yīng)有趨向于體系的混亂度增大的趨勢(shì),6,化學(xué)反應(yīng)的方向,熵變與反應(yīng)方向,1.熵：衡量一個(gè)體系混亂度的物理量叫做熵，符號(hào)：S 2.熵變：反應(yīng)前后體系熵的變化叫做反應(yīng)的熵變. 用S表示。S=S生成物總熵S反應(yīng)物總

3、熵 3.熵判據(jù)：體系趨向于由有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序狀態(tài)，即混亂度增加（ S0）。且S越大，越有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。,7,化學(xué)反應(yīng)的方向,與熵有關(guān)的幾條規(guī)律 1) 對(duì)于同一物質(zhì):S(g)S(l)S(s); 2) 固體或液體溶于水時(shí)，熵值增大； 氣體溶于水時(shí)，熵值減??； 3）相同原子組成的分子中，原子數(shù)目越多，熵值越大； 4）相同元素的原子組成的分子中，分子量越大，熵值越大； 5）同一類物質(zhì)，摩爾質(zhì)量越大，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，熵值越大。,如：CuSO4(s) CuSO4H2O (s) CuSO45H2O (s),8,化學(xué)反應(yīng)的方向,恒溫恒壓時(shí)判斷反應(yīng)是否能夠自發(fā)進(jìn)行 H0，S 0： 一定自發(fā) H 0，S0：一定

4、不自發(fā) H0，S0：不一定 H 0，S 0：不一定,9,吉布斯自由能判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向,G0, 自發(fā)進(jìn)行 G0， 可逆反應(yīng) G 0， 非自發(fā)進(jìn)行,G = H -TS,化學(xué)反應(yīng)的方向,10,化學(xué)反應(yīng)的方向,焓變和熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響,1. H 0，該反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行； 如：Mg(s) + 2HCl(aq) = MgCl2(aq) + H2(g) 2. H 0，S0，S0，該反應(yīng)在較高溫度下能自發(fā)進(jìn)行 如：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),判斷依據(jù)：G= HTS 0 ， 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,11,化學(xué)反應(yīng)的方向,化學(xué)位的表達(dá)：Z = H - T S根據(jù)熱力學(xué)第二定律當(dāng)Z 0時(shí)，反應(yīng)

5、才能進(jìn)行 Z=Z終-Z始0，即Z終 Z始如水向低處流，就是由高勢(shì)能向低勢(shì)能發(fā)展,體系放熱 H0 ：利于反應(yīng)進(jìn)行 熵增S0：也有利于反應(yīng)進(jìn)行 溫度T越高，越有利反應(yīng)進(jìn)行,當(dāng)H 0 時(shí)，就要看T S的大小了， T S越大，越有利于反應(yīng)進(jìn)行 因此，H 和T S是相互競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系,從熱力學(xué)角度,12,化學(xué)反應(yīng)的方向,從原子質(zhì)量角度,通過H 和T S的關(guān)系來判斷反應(yīng)方向并不是唯一的方法，還可以通過原子質(zhì)量法 Polymer Handbook列出了下表,13,化學(xué)反應(yīng)的方向,14,1、用向量方法推理看C、H2如何變成PE,得 4nH2+2nC （C2H4）n,化學(xué)反應(yīng)的方向作業(yè)題,15,化學(xué)反應(yīng)的方向作業(yè)題

6、,aC+bH2+c -(C2H4)n-=0 H: 2 b+4cn=0 C: a+2cn=0 所以 a=-2cn, b=-2cn. 代入 aC+bH2+c(C2H4)n =0中，有 -2cnC-2cnH2+c =0，整理得 2nC+2nH2 (C2H4)n,16,化學(xué)反應(yīng)的方向作業(yè)題,2、密閉體系，CH3OH、H2、CO2、H2O、CO五種物質(zhì)的反應(yīng)方向如何,解：,17,0,4a+2b+2d=0 a+c+e=0 a+2c+d+e=0,c=2a+b,d=-(2a+b),e=-(3a+b),化學(xué)反應(yīng)的方向作業(yè)題,18,化學(xué)反應(yīng)的方向作業(yè)題,aCH3OH+bH2+（2a+b)CO2-（2a+b)H2O

7、-(3a+b)CO=0,等式可化為,aCH3OH+bH2+（2a+b)CO2 （2a+b)H2O+(3a+b)CO,19,化學(xué)反應(yīng)的方向作業(yè)題,3、CH4、N2、O2、H2O、（加CH2O也行）等物自然界中能否自己生成甘氨酸（HOOCCH2NH2）,20,化學(xué)反應(yīng)的方向作業(yè)題,a b c d e,4 1 0 0,0 0 2 0,0 0 0 2,2 0 0 1,5 2 1 2,H,C,N,O,0,得， a=-2e b=-0.5e c=-1.75e d=1.5e,根據(jù)所得數(shù)據(jù)的正負(fù)性， CH4、N2、O2、H2O不能均作為反應(yīng)物得到HOOCCH2NH2,21,物質(zhì)世界總趨勢(shì),22,物質(zhì)世界總趨勢(shì),

8、23,物質(zhì)世界總趨勢(shì),24,物質(zhì)世界總趨勢(shì),25,物質(zhì)世界總趨勢(shì),26,物質(zhì)世界總趨勢(shì),27,物質(zhì)世界總趨勢(shì),28,物質(zhì)世界總趨勢(shì),29,ecoh =ed,ep,eh,色散內(nèi)聚能密度 極性內(nèi)聚能密度 氫鍵內(nèi)聚能密度,Ecoh = Ed + Ep + Eh,ecoh = ed + ep + eh,30,=,134952,195.16,= 691.54,J/cm3,ecoh =ed,ep,eh,31,ecoh =ed,ep,eh,=,58777,178.66,= 328.99 J/cm3,32,四種化學(xué)鍵存在的客觀性和必然性,33,四種化學(xué)鍵存在的客觀性和必然性,34,四種化學(xué)鍵存在的客觀性和必然

9、性,35,四種化學(xué)鍵存在的客觀性和必然性,36,四種化學(xué)鍵存在的客觀性和必然性,37,四種化學(xué)鍵存在的客觀性和必然性,38,四種化學(xué)鍵存在的客觀性和必然性,39,四種化學(xué)鍵存在的客觀性和必然性,40,四種化學(xué)鍵存在的客觀性和必然性,41,分子間作用力 （范德華力） 化學(xué)鍵的結(jié)合能一般在 1.0 10 2 kJ mol1 數(shù)量級(jí)，而分子間力的能量只有幾個(gè) kJ mol1 。,四種分子間作用力,42,四種分子間作用力,1 取向力 極性分子之間的永久偶極 永久偶極作用稱為取向力，它僅存在于極性分子之間， F 2 。,2 誘導(dǎo)力 誘導(dǎo)偶極 永久偶極之間的作用稱為誘導(dǎo)力。 極性分子作為電場(chǎng)，使非極性分子

10、產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極或使極性分子的偶極增大（也產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極），這時(shí)誘導(dǎo)偶極與永久偶極之間產(chǎn)生誘導(dǎo)力。因此誘導(dǎo)力存在于極性分子與非極性分子之間，也存在于極性分子與極性分子之間。,43,四種分子間作用力,3 色散力,瞬間偶極 瞬間偶極之間有色散力。 由于各種分子均有瞬間偶極，故色散力存在于極性分和極性分子，極性分子和非極性分子及非極性分子和非極性分子之間 。,色散力不僅存在廣泛，而且在分子間力中，色散力經(jīng)常是重要的。下面的數(shù)據(jù)可以說明這一點(diǎn)。,kJmol1 取向力 誘導(dǎo)力 色散力 Ar 0 0 8.49,HCl 3.305 1.104 16.82,44,四種分子間作用力,取向力、誘導(dǎo)力和色散力統(tǒng)稱范德華力

11、，具有以下的共性： a ) 永遠(yuǎn)存在于分子之間； b ) 力的作用很??； c ) 無方向性和飽和性； d ) 是近程力，F(xiàn) 1 / r7； e ) 經(jīng)常是以色散力為主。,45,四種分子間作用力,氫 鍵 （ 一 ） 氫鍵的形成 以 HF 為例，F(xiàn) 的電負(fù)性相當(dāng)大， r 相當(dāng)小，電子對(duì)偏向 F，而 H 幾乎成了質(zhì)子。這種 H 與其它分子中電負(fù)性相當(dāng)大、r 小的原子相互接近時(shí)，產(chǎn)生一種特殊的分子間力 氫鍵 。 表示為 如 F H F H,氫鍵的形成有兩個(gè)兩個(gè)條件： 1 與電負(fù)性大且 r 小的原子 ( F，O， N ) 相連的 H ； 2 在附近有電負(fù)性大，r 小的原子 ( F，O，N ) 。,46,

12、四種分子間作用力,（二） 氫鍵的特點(diǎn) （a）飽和性和方向性 由于 H 的體積小，1 個(gè) H 只能形成一個(gè)氫鍵 。由于 H 的兩側(cè)電負(fù)性極大的原子的負(fù)電排斥，使兩個(gè)原子在 H 兩側(cè)呈直線排列。除非其它外力有較大影響時(shí)，才改變方向。 （b）氫鍵的強(qiáng)度 氫鍵的強(qiáng)度介于化學(xué)鍵和分子間作用力之間，其大小和 H 兩側(cè)的原子的電負(fù)性有關(guān)，見下列氫鍵的鍵能數(shù)據(jù)。 F H F O H O N H N E / kJ mol1 28.0 18.8 5.4,47,四種分子間作用力,（c）分子內(nèi)氫鍵 上面談的氫鍵均在分子間形成，若 H 兩側(cè)的電負(fù)性大的原子屬于同一分子，則為分子內(nèi)氫鍵。,鄰硝基苯酚,如 HNO3,48,

13、四種分子間作用力,(三) 氫鍵的形成對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響 分子間存在氫鍵時(shí)，大大地影響了分子間的結(jié)合力，故物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)將升高。,HF HCl HBr HI 半徑依次增大，色散力增加，b. p. 依次增高， HCl HBr HI 但由于 HF 分子間有氫鍵，故 HF 的 b. p. 在這個(gè)序列中最高，破壞了從左到右 b. p. 升高的規(guī)律。 H2O，NH3 由于分子間氫鍵的存在，在同族氫化物中 b. p. 亦是最高。,49,四種分子間作用力,50,四種分子間作用力,51,四種分子間作用力,52,四種分子間作用力,53,四種分子間作用力,通過對(duì) DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性生理環(huán)境條件的研究，揭示 DN

14、A、 RNA合成、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄以及重整的生理環(huán)境條件的兩大決定性因素是氫鍵作用動(dòng)力和色散作用動(dòng)力，氫鍵作用動(dòng)力為主導(dǎo)，色散作用動(dòng)力為輔助的生理環(huán)境條件，是人類基因區(qū)別于其他物種基因的重要依據(jù)。,人類基因比線蟲多一萬個(gè)基因，比果蠅多兩萬個(gè)基因。許多人說人類也不過如此，但是這種看法是大錯(cuò)特錯(cuò)了，他們沒有看到背后真正的特殊價(jià)值。金老師通過詳細(xì)的計(jì)算，得出任何遺傳基因的形成都要靠四個(gè)堿基的氫鍵作用動(dòng)力和色散作用動(dòng)力，前者具有高度的方向性，后者具有無方向性。人類不同于其他生命體的最根本點(diǎn)在于，人類最重要的遺傳基因是由嚴(yán)格方向性的氫鍵作用作為主導(dǎo)動(dòng)力，而色散作用則為氫鍵作用動(dòng)力前前后后加以輔助，起著協(xié)同作用。這就是萬物之靈的人類的最高尊嚴(yán)。,54,四種分子間作用力,因?yàn)镈NA螺旋結(jié)