資源簡介

(共25張PPT)
3.3.1 液晶、納米材料與超分子
學習目標定位
1、知道物質除有三種基本的聚集狀態外，還有其他聚集狀態。
2、知道液晶、納米材料和超分子的概念及結構與性質的關系。
常見物質的聚集狀態
1、固態：構成物質的原子或分子由于相互作用力的約束，只能圍繞各自的平衡位置做微小振動時，表現為固態。固體在一定條件下能夠保持一定的體積和形狀。
2、液態：當分子或原子運動得相對劇烈，使其沒有固定的平衡位置，但還不至于分散遠離時，表現為液態。液體在一定條件下能保持一定體積，但不能保持其形狀。
3、氣態：分子或原子沒有固定平衡位置，而且能在空間內做自由運動，能夠互相分散遠離，就表現為氣態。氣體無固定的體積和形狀。
一、液晶
1、概念：在一定的溫度范圍內既具有液體的可流動性，又具有類似晶體的各向異性的物質。
2、結構：內部分子的排列沿分子長軸方向呈現出有序的排列。
3、性質：在折射率、磁化率、電導率等宏觀性質方面表現出類似晶體的各向異性。
一、液晶
4、用途：制造液晶顯示器。液晶的顯示功能與液晶材料內部分子的排列密切相關。液晶分子在電場的作用下，可以改變它們的排列方式。通過這種變化，液晶可以調控光線的透過和阻擋，從而呈現出不同的圖像。
二、納米材料
1、組成：由直徑為幾或幾十納米的顆粒和顆粒間的界面兩部分組成。
2、結構：納米顆粒內部具有晶狀結構，原子排列有序，而界面則為無序結構。
3、性質：具有既不同于微觀粒子又不同于宏觀物體的獨特性質。
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。使得納米材料具有極高的表面活性，原子在表面的比例大大增加，因此它們極易與其他原子結合，具有很強的化學活性。納米材料在光學、聲學、電學、磁學、熱學、力學、化學反應等方面完全不同于由微米量級或毫米量級的結構顆粒構成的材料。
例如，納米陶瓷不僅硬度高、強度高，其韌性和可加工性也顯著增強。
二、納米材料
4、納米材料“明星”：富勒烯、石墨烯和碳納米管。
其中，碳納米管因其纖維長、強度高、韌性高等特點被稱為“超級纖維”。
二、納米材料
5、形態各異的納米材料（P116拓展視野）
①優良的金屬導體在尺寸減小到幾納米時就可成為絕緣體，多數金屬納米顆粒在特定尺寸時會呈現黑色。可用于制作隱形飛機上的雷達吸波材料。
②不同顆粒大小的納米金在溶液中會呈現不同的顏色。可用作空氣檢測、腫瘤檢測、靶向藥物輸送、基因治療等。
③磁流體又稱磁性液體，是磁性納米粒子的超穩定懸浮液。可用于磁性流體密封、聲光儀器設備、磁性靶向藥物等領域。
④納米機器人，化妝品防紫外線，化纖布料防靜電等。
三、超分子
1、概念：兩個或多個分子相互“組合”在一起形成具有特定結構和功能的聚集體。
2、結構：內部分子之間通過非共價鍵結合，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。例如，DNA中兩條分子鏈之間通過氫鍵的作用而組合在一起，細胞膜中的磷脂分子通過疏水端相互作用形成雙層膜結構。
再如，化學家于20世紀80年代發現的一類被稱為冠醚的物質能與陽離子(尤其是堿金屬陽離子)作用，并且隨環的大小不同而與不同的金屬離子作用，這里冠醚與金屬離子的聚集體可以看成是一類超分子。如下圖所示：
三、超分子
3、應用
①作有機反應中的催化劑：由于冠醚與金屬陽離子的作用，可以將陽離子以及對應的陰離子都帶入有機溶劑，因而成為有機反應中很好的催化劑。
②引發化學家進一步關注分子之間通過空間結構和作用力的協同所產生的某種選擇性，從而實現分子識別、分子組裝，促進了超分子化學研究的發展。
③通過對超分子化學的研究，人們可以模擬生物系統，在分子水平上進行分子設計，有序組裝甚至復制出一些新型的分子材料，如具有分子識別能力的高效專業的新型催化劑，有效的新型藥物，集成度高、體積小、功能強的分子器件(分子導線、分子開關、分子信息存儲元件等)，生物傳感器以及很多具有光、電、磁、聲、熱等特性的功能材料等。
判斷正誤
(1)液晶內部分子沿長軸方向有序排列，使液晶具有各向異性(　　)
(2)液晶是一種特殊的物質聚集狀態(　　)
(3)液晶就是液體和晶體的混合物，是一種液態晶體(　　)
(4)納米是一種屬于長度為10－9 m的物質(　　)
(5)納米材料不屬于晶體，也不屬于膠體(　　)
(6)納米材料具有丁達爾效應(　　)
√
√
×
×
√
×
跟蹤強化
1、關于液晶，下列說法中正確的有(　　)
A．液晶是一種晶體
B．液晶分子的空間排列是穩定的，具有各向異性
C．液晶的化學性質與溫度變化無關
D．液晶的光學性質隨外加電壓的變化而變化
D
跟蹤強化
2、下列關于納米材料的敘述中正確的是(　　)
A．包括納米顆粒和顆粒間界面兩部分
B．納米材料屬于晶體
C．納米材料屬于非晶體
D．同一種金屬元素構成的納米材料與宏觀金屬晶體具有完全等同的性質
A
跟蹤強化
3、下列關于超分子說法正確的是(　　)
A．DNA形成螺旋結構是因為氫鍵的作用
B．超分子是高分子化合物
C．超分子是內部分子通過分子間作用力結合在一起形成的
D．超分子的性質不同于單個分子的性質，有自己的特性，屬于分子晶體
A
微項目 青蒿素分子的結構測定
東校高二化學組
學習目標定位
1、了解測定分子結構的一般思路與方法，認識晶體對于分子結構測定的獨特意義。
2、知道利用晶體X射線衍射能夠測定原子坐標進而確定分子的空間結構，是測定分子結構的重要手段。
3、體會分子結構測定對于建立與優化物質結構理論模型，認識、解釋和預測物質性質具有重要價值。
閱讀項目活動一回答
1、測定青蒿素分子結構的過程中，都采用哪些方法？
2、為什么用一般的方法無法精確地測定青蒿素的分子結構？
3、晶體對于測定分子結構有什么意義？
閱讀項目活動一回答
1、測定青蒿素分子結構的過程中，都采用哪些方法？
測定方法 獲得的分子組成和結構的信息
質譜法
元素分析法
紅外光譜
核磁共振譜圖
晶體X射線衍射
相對分子質量
結合相對分子質量獲得分子式
確定含有的基團和官能團
碳、氫原子的種類和數量
確定分子結構
閱讀項目活動一回答
1、測定青蒿素分子結構的過程中，都采用哪些方法？
(1)紅外光譜
想象一下，我們有一個大鼓，當你敲它時，它會發出特定的聲音。
每種物質都有一個獨特的“聲音”，這就是它們的振動方式。紅外光譜就像是一個能聽懂這些“聲音”的超級耳朵。當紅外光照射到有機物時，有機物里的某些部分會吸收這些光，并振動起來。這些振動就像是大鼓發出的聲音，被儀器記錄下來。科學家們就能通過這些“聲音”知道有機物里有哪些原子團，比如羥基（-OH）或羰基（-C=O）。
閱讀項目活動一回答
1、測定青蒿素分子結構的過程中，都采用哪些方法？
(2)質譜儀
質譜儀就像是一個超級秤，能稱出有機物里不同原子的重量。
當有機物進入質譜儀時，它會被分解成許多小碎片，就像一個大蛋糕被切成很多小塊一樣。然后，這些碎片會被一個電場加速，飛到一個檢測器上。輕的碎片飛得快，重的飛得慢。這樣，我們就可以知道每個碎片的重量，從而推斷出有機物里有哪些原子。
閱讀項目活動一回答
1、測定青蒿素分子結構的過程中，都采用哪些方法？
(3) 核磁共振譜
核磁共振譜是一個能“看到”原子內部結構的神奇工具。
它利用一個強磁場，讓有機物里的氫原子（或其他原子）像旋轉的陀螺一樣轉動。當這些原子轉動時，它們會吸收和釋放特定的能量，就像旋轉的陀螺有時會發出嗡嗡聲一樣。這個能量被記錄下來，我們就能知道氫原子是如何在有機物里排列的。
閱讀項目活動一回答
1、測定青蒿素分子結構的過程中，都采用哪些方法？
(4)X射線衍射法
想象一下，我們有一個非常規則的晶體，就像是由很多小積木搭建而成的模型。
當X射線照射到這個晶體上時，它會被晶體里的原子或離子反射，就像光線照在鏡子上一樣。這些反射的X射線會形成特定的圖案，就像是我們玩過的萬花筒，每次轉動都會展現出不同的美麗圖案。這個特定的圖案，就是我們所說的衍射花樣。它就像是晶體的“指紋”，每一種晶體都有自己獨特的衍射花樣。科學家們通過觀察和比較這些衍射花樣，就能知道晶體的內部結構。
閱讀項目活動一回答
2、為什么用一般的方法無法精確地測定青蒿素的分子結構？
一般的測定方法只能幫助我們認識分子的官能團等結構特點并借此推測分子的結構，但對于所含原子數較多的分子來說，難以精準判斷其空間結構。
3、晶體對于測定分子結構有什么意義？
利用晶體的X射線衍射，結合物理和數學知識對衍射所得圖像進行復雜處理，可以測定晶體的晶胞參數，推算得到晶胞中所有原子的坐標，從而計算出原子間的距離，判斷出原子間存在的化學鍵及其類型，確定分子的空間結構。
閱讀項目活動二回答
1．利用晶體X射線衍射確定分子結構的基本思路是什么？
確定晶胞參數―→識別原子位置―→建立原子坐標―→確定分子骨架―→獲得完整結構。
總結歸納

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