3.3.1液晶、纳米材料与超分子微项目青蒿素分子的结构测定（共25张PPT） 2024-2025学年鲁科版(2019)高中化学选择性必修2
文档属性
| 名称 | 3.3.1液晶、纳米材料与超分子微项目青蒿素分子的结构测定（共25张PPT） 2024-2025学年鲁科版(2019)高中化学选择性必修2 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-01-10 20:12:56 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
3.3.1 液晶、纳米材料与超分子
学习目标定位
1、知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有其他聚集状态。
2、知道液晶、纳米材料和超分子的概念及结构与性质的关系。
常见物质的聚集状态
1、固态：构成物质的原子或分子由于相互作用力的约束，只能围绕各自的平衡位置做微小振动时，表现为固态。固体在一定条件下能够保持一定的体积和形状。
2、液态：当分子或原子运动得相对剧烈，使其没有固定的平衡位置，但还不至于分散远离时，表现为液态。液体在一定条件下能保持一定体积，但不能保持其形状。
3、气态：分子或原子没有固定平衡位置，而且能在空间内做自由运动，能够互相分散远离，就表现为气态。气体无固定的体积和形状。
一、液晶
1、概念：在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又具有类似晶体的各向异性的物质。
2、结构：内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列。
3、性质：在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的各向异性。
一、液晶
4、用途：制造液晶显示器。液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关。液晶分子在电场的作用下，可以改变它们的排列方式。通过这种变化，液晶可以调控光线的透过和阻挡，从而呈现出不同的图像。
二、纳米材料
1、组成：由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。
2、结构：纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序，而界面则为无序结构。
3、性质：具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。
由于纳米材料的颗粒很小和处于界面的原子所占比例较高。使得纳米材料具有极高的表面活性，原子在表面的比例大大增加，因此它们极易与其他原子结合，具有很强的化学活性。纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构颗粒构成的材料。
例如，纳米陶瓷不仅硬度高、强度高，其韧性和可加工性也显著增强。
二、纳米材料
4、纳米材料“明星”：富勒烯、石墨烯和碳纳米管。
其中，碳纳米管因其纤维长、强度高、韧性高等特点被称为“超级纤维”。
二、纳米材料
5、形态各异的纳米材料（P116拓展视野）
①优良的金属导体在尺寸减小到几纳米时就可成为绝缘体，多数金属纳米颗粒在特定尺寸时会呈现黑色。可用于制作隐形飞机上的雷达吸波材料。
②不同颗粒大小的纳米金在溶液中会呈现不同的颜色。可用作空气检测、肿瘤检测、靶向药物输送、基因治疗等。
③磁流体又称磁性液体，是磁性纳米粒子的超稳定悬浮液。可用于磁性流体密封、声光仪器设备、磁性靶向药物等领域。
④纳米机器人，化妆品防紫外线，化纤布料防静电等。
三、超分子
1、概念：两个或多个分子相互“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体。
2、结构：内部分子之间通过非共价键结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。例如，DNA中两条分子链之间通过氢键的作用而组合在一起，细胞膜中的磷脂分子通过疏水端相互作用形成双层膜结构。
再如，化学家于20世纪80年代发现的一类被称为冠醚的物质能与阳离子(尤其是碱金属阳离子)作用，并且随环的大小不同而与不同的金属离子作用，这里冠醚与金属离子的聚集体可以看成是一类超分子。如下图所示：
三、超分子
3、应用
①作有机反应中的催化剂：由于冠醚与金属阳离子的作用，可以将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。
②引发化学家进一步关注分子之间通过空间结构和作用力的协同所产生的某种选择性，从而实现分子识别、分子组装，促进了超分子化学研究的发展。
③通过对超分子化学的研究，人们可以模拟生物系统，在分子水平上进行分子设计，有序组装甚至复制出一些新型的分子材料，如具有分子识别能力的高效专业的新型催化剂，有效的新型药物，集成度高、体积小、功能强的分子器件(分子导线、分子开关、分子信息存储元件等)，生物传感器以及很多具有光、电、磁、声、热等特性的功能材料等。
判断正误
(1)液晶内部分子沿长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性( )
(2)液晶是一种特殊的物质聚集状态( )
(3)液晶就是液体和晶体的混合物，是一种液态晶体( )
(4)纳米是一种属于长度为10－9 m的物质( )
(5)纳米材料不属于晶体，也不属于胶体( )
(6)纳米材料具有丁达尔效应( )
√
√
×
×
√
×
跟踪强化
1、关于液晶，下列说法中正确的有( )
A．液晶是一种晶体
B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
C．液晶的化学性质与温度变化无关
D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
D
跟踪强化
2、下列关于纳米材料的叙述中正确的是( )
A．包括纳米颗粒和颗粒间界面两部分
B．纳米材料属于晶体
C．纳米材料属于非晶体
D．同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质
A
跟踪强化
3、下列关于超分子说法正确的是( )
A．DNA形成螺旋结构是因为氢键的作用
B．超分子是高分子化合物
C．超分子是内部分子通过分子间作用力结合在一起形成的
D．超分子的性质不同于单个分子的性质，有自己的特性，属于分子晶体
A
微项目 青蒿素分子的结构测定
东校高二化学组
学习目标定位
1、了解测定分子结构的一般思路与方法，认识晶体对于分子结构测定的独特意义。
2、知道利用晶体X射线衍射能够测定原子坐标进而确定分子的空间结构，是测定分子结构的重要手段。
3、体会分子结构测定对于建立与优化物质结构理论模型，认识、解释和预测物质性质具有重要价值。
阅读项目活动一回答
1、测定青蒿素分子结构的过程中，都采用哪些方法？
2、为什么用一般的方法无法精确地测定青蒿素的分子结构？
3、晶体对于测定分子结构有什么意义？
阅读项目活动一回答
1、测定青蒿素分子结构的过程中，都采用哪些方法？
测定方法 获得的分子组成和结构的信息
质谱法
元素分析法
红外光谱
核磁共振谱图
晶体X射线衍射
相对分子质量
结合相对分子质量获得分子式
确定含有的基团和官能团
碳、氢原子的种类和数量
确定分子结构
阅读项目活动一回答
1、测定青蒿素分子结构的过程中，都采用哪些方法？
(1)红外光谱
想象一下，我们有一个大鼓，当你敲它时，它会发出特定的声音。
每种物质都有一个独特的“声音”，这就是它们的振动方式。红外光谱就像是一个能听懂这些“声音”的超级耳朵。当红外光照射到有机物时，有机物里的某些部分会吸收这些光，并振动起来。这些振动就像是大鼓发出的声音，被仪器记录下来。科学家们就能通过这些“声音”知道有机物里有哪些原子团，比如羟基（-OH）或羰基（-C=O）。
阅读项目活动一回答
1、测定青蒿素分子结构的过程中，都采用哪些方法？
(2)质谱仪
质谱仪就像是一个超级秤，能称出有机物里不同原子的重量。
当有机物进入质谱仪时，它会被分解成许多小碎片，就像一个大蛋糕被切成很多小块一样。然后，这些碎片会被一个电场加速，飞到一个检测器上。轻的碎片飞得快，重的飞得慢。这样，我们就可以知道每个碎片的重量，从而推断出有机物里有哪些原子。
阅读项目活动一回答
1、测定青蒿素分子结构的过程中，都采用哪些方法？
(3) 核磁共振谱
核磁共振谱是一个能“看到”原子内部结构的神奇工具。
它利用一个强磁场，让有机物里的氢原子（或其他原子）像旋转的陀螺一样转动。当这些原子转动时，它们会吸收和释放特定的能量，就像旋转的陀螺有时会发出嗡嗡声一样。这个能量被记录下来，我们就能知道氢原子是如何在有机物里排列的。
阅读项目活动一回答
1、测定青蒿素分子结构的过程中，都采用哪些方法？
(4)X射线衍射法
想象一下，我们有一个非常规则的晶体，就像是由很多小积木搭建而成的模型。
当X射线照射到这个晶体上时，它会被晶体里的原子或离子反射，就像光线照在镜子上一样。这些反射的X射线会形成特定的图案，就像是我们玩过的万花筒，每次转动都会展现出不同的美丽图案。这个特定的图案，就是我们所说的衍射花样。它就像是晶体的“指纹”，每一种晶体都有自己独特的衍射花样。科学家们通过观察和比较这些衍射花样，就能知道晶体的内部结构。
阅读项目活动一回答
2、为什么用一般的方法无法精确地测定青蒿素的分子结构？
一般的测定方法只能帮助我们认识分子的官能团等结构特点并借此推测分子的结构，但对于所含原子数较多的分子来说，难以精准判断其空间结构。
3、晶体对于测定分子结构有什么意义？
利用晶体的X射线衍射，结合物理和数学知识对衍射所得图像进行复杂处理，可以测定晶体的晶胞参数，推算得到晶胞中所有原子的坐标，从而计算出原子间的距离，判断出原子间存在的化学键及其类型，确定分子的空间结构。
阅读项目活动二回答
1．利用晶体X射线衍射确定分子结构的基本思路是什么？
确定晶胞参数―→识别原子位置―→建立原子坐标―→确定分子骨架―→获得完整结构。
总结归纳
3.3.1 液晶、纳米材料与超分子
学习目标定位
1、知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有其他聚集状态。
2、知道液晶、纳米材料和超分子的概念及结构与性质的关系。
常见物质的聚集状态
1、固态：构成物质的原子或分子由于相互作用力的约束，只能围绕各自的平衡位置做微小振动时，表现为固态。固体在一定条件下能够保持一定的体积和形状。
2、液态：当分子或原子运动得相对剧烈，使其没有固定的平衡位置，但还不至于分散远离时，表现为液态。液体在一定条件下能保持一定体积，但不能保持其形状。
3、气态：分子或原子没有固定平衡位置，而且能在空间内做自由运动，能够互相分散远离，就表现为气态。气体无固定的体积和形状。
一、液晶
1、概念：在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又具有类似晶体的各向异性的物质。
2、结构：内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列。
3、性质：在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的各向异性。
一、液晶
4、用途：制造液晶显示器。液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关。液晶分子在电场的作用下，可以改变它们的排列方式。通过这种变化，液晶可以调控光线的透过和阻挡，从而呈现出不同的图像。
二、纳米材料
1、组成：由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。
2、结构：纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序，而界面则为无序结构。
3、性质：具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。
由于纳米材料的颗粒很小和处于界面的原子所占比例较高。使得纳米材料具有极高的表面活性，原子在表面的比例大大增加，因此它们极易与其他原子结合，具有很强的化学活性。纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构颗粒构成的材料。
例如，纳米陶瓷不仅硬度高、强度高，其韧性和可加工性也显著增强。
二、纳米材料
4、纳米材料“明星”：富勒烯、石墨烯和碳纳米管。
其中，碳纳米管因其纤维长、强度高、韧性高等特点被称为“超级纤维”。
二、纳米材料
5、形态各异的纳米材料（P116拓展视野）
①优良的金属导体在尺寸减小到几纳米时就可成为绝缘体，多数金属纳米颗粒在特定尺寸时会呈现黑色。可用于制作隐形飞机上的雷达吸波材料。
②不同颗粒大小的纳米金在溶液中会呈现不同的颜色。可用作空气检测、肿瘤检测、靶向药物输送、基因治疗等。
③磁流体又称磁性液体，是磁性纳米粒子的超稳定悬浮液。可用于磁性流体密封、声光仪器设备、磁性靶向药物等领域。
④纳米机器人，化妆品防紫外线，化纤布料防静电等。
三、超分子
1、概念：两个或多个分子相互“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体。
2、结构：内部分子之间通过非共价键结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。例如，DNA中两条分子链之间通过氢键的作用而组合在一起，细胞膜中的磷脂分子通过疏水端相互作用形成双层膜结构。
再如，化学家于20世纪80年代发现的一类被称为冠醚的物质能与阳离子(尤其是碱金属阳离子)作用，并且随环的大小不同而与不同的金属离子作用，这里冠醚与金属离子的聚集体可以看成是一类超分子。如下图所示：
三、超分子
3、应用
①作有机反应中的催化剂：由于冠醚与金属阳离子的作用，可以将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。
②引发化学家进一步关注分子之间通过空间结构和作用力的协同所产生的某种选择性，从而实现分子识别、分子组装，促进了超分子化学研究的发展。
③通过对超分子化学的研究，人们可以模拟生物系统，在分子水平上进行分子设计，有序组装甚至复制出一些新型的分子材料，如具有分子识别能力的高效专业的新型催化剂，有效的新型药物，集成度高、体积小、功能强的分子器件(分子导线、分子开关、分子信息存储元件等)，生物传感器以及很多具有光、电、磁、声、热等特性的功能材料等。
判断正误
(1)液晶内部分子沿长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性( )
(2)液晶是一种特殊的物质聚集状态( )
(3)液晶就是液体和晶体的混合物，是一种液态晶体( )
(4)纳米是一种属于长度为10－9 m的物质( )
(5)纳米材料不属于晶体，也不属于胶体( )
(6)纳米材料具有丁达尔效应( )
√
√
×
×
√
×
跟踪强化
1、关于液晶，下列说法中正确的有( )
A．液晶是一种晶体
B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
C．液晶的化学性质与温度变化无关
D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
D
跟踪强化
2、下列关于纳米材料的叙述中正确的是( )
A．包括纳米颗粒和颗粒间界面两部分
B．纳米材料属于晶体
C．纳米材料属于非晶体
D．同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质
A
跟踪强化
3、下列关于超分子说法正确的是( )
A．DNA形成螺旋结构是因为氢键的作用
B．超分子是高分子化合物
C．超分子是内部分子通过分子间作用力结合在一起形成的
D．超分子的性质不同于单个分子的性质，有自己的特性，属于分子晶体
A
微项目 青蒿素分子的结构测定
东校高二化学组
学习目标定位
1、了解测定分子结构的一般思路与方法，认识晶体对于分子结构测定的独特意义。
2、知道利用晶体X射线衍射能够测定原子坐标进而确定分子的空间结构，是测定分子结构的重要手段。
3、体会分子结构测定对于建立与优化物质结构理论模型，认识、解释和预测物质性质具有重要价值。
阅读项目活动一回答
1、测定青蒿素分子结构的过程中，都采用哪些方法？
2、为什么用一般的方法无法精确地测定青蒿素的分子结构？
3、晶体对于测定分子结构有什么意义？
阅读项目活动一回答
1、测定青蒿素分子结构的过程中，都采用哪些方法？
测定方法 获得的分子组成和结构的信息
质谱法
元素分析法
红外光谱
核磁共振谱图
晶体X射线衍射
相对分子质量
结合相对分子质量获得分子式
确定含有的基团和官能团
碳、氢原子的种类和数量
确定分子结构
阅读项目活动一回答
1、测定青蒿素分子结构的过程中，都采用哪些方法？
(1)红外光谱
想象一下，我们有一个大鼓，当你敲它时，它会发出特定的声音。
每种物质都有一个独特的“声音”，这就是它们的振动方式。红外光谱就像是一个能听懂这些“声音”的超级耳朵。当红外光照射到有机物时，有机物里的某些部分会吸收这些光，并振动起来。这些振动就像是大鼓发出的声音，被仪器记录下来。科学家们就能通过这些“声音”知道有机物里有哪些原子团，比如羟基（-OH）或羰基（-C=O）。
阅读项目活动一回答
1、测定青蒿素分子结构的过程中，都采用哪些方法？
(2)质谱仪
质谱仪就像是一个超级秤，能称出有机物里不同原子的重量。
当有机物进入质谱仪时，它会被分解成许多小碎片，就像一个大蛋糕被切成很多小块一样。然后，这些碎片会被一个电场加速，飞到一个检测器上。轻的碎片飞得快，重的飞得慢。这样，我们就可以知道每个碎片的重量，从而推断出有机物里有哪些原子。
阅读项目活动一回答
1、测定青蒿素分子结构的过程中，都采用哪些方法？
(3) 核磁共振谱
核磁共振谱是一个能“看到”原子内部结构的神奇工具。
它利用一个强磁场，让有机物里的氢原子（或其他原子）像旋转的陀螺一样转动。当这些原子转动时，它们会吸收和释放特定的能量，就像旋转的陀螺有时会发出嗡嗡声一样。这个能量被记录下来，我们就能知道氢原子是如何在有机物里排列的。
阅读项目活动一回答
1、测定青蒿素分子结构的过程中，都采用哪些方法？
(4)X射线衍射法
想象一下，我们有一个非常规则的晶体，就像是由很多小积木搭建而成的模型。
当X射线照射到这个晶体上时，它会被晶体里的原子或离子反射，就像光线照在镜子上一样。这些反射的X射线会形成特定的图案，就像是我们玩过的万花筒，每次转动都会展现出不同的美丽图案。这个特定的图案，就是我们所说的衍射花样。它就像是晶体的“指纹”，每一种晶体都有自己独特的衍射花样。科学家们通过观察和比较这些衍射花样，就能知道晶体的内部结构。
阅读项目活动一回答
2、为什么用一般的方法无法精确地测定青蒿素的分子结构？
一般的测定方法只能帮助我们认识分子的官能团等结构特点并借此推测分子的结构，但对于所含原子数较多的分子来说，难以精准判断其空间结构。
3、晶体对于测定分子结构有什么意义？
利用晶体的X射线衍射，结合物理和数学知识对衍射所得图像进行复杂处理，可以测定晶体的晶胞参数，推算得到晶胞中所有原子的坐标，从而计算出原子间的距离，判断出原子间存在的化学键及其类型，确定分子的空间结构。
阅读项目活动二回答
1．利用晶体X射线衍射确定分子结构的基本思路是什么？
确定晶胞参数―→识别原子位置―→建立原子坐标―→确定分子骨架―→获得完整结构。
总结归纳