3.3 液晶、纳米材料与超分子 课件(共24张PPT) 2024-2025学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2
文档属性
| 名称 | 3.3 液晶、纳米材料与超分子 课件(共24张PPT) 2024-2025学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 20.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-04-08 10:38:26 | ||
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文档简介
(共24张PPT)
液晶、纳米材料与超分子
第3章 不同聚集状态的物质与性质
1.知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有液晶、纳米材料、超分子等其他聚集状态。
2.知道液晶、纳米材料和超分子的结构与性质的关系。探析物质结构对性质的影响。
液态
气态
固态
物质的聚集状态只有固态、液态、气态三种吗？
某些呈长棒形的有机化合物在加热熔化时，首先变成一种不透明的状态，当继续加热到某一温度才会突然变得清澈透明
一、液晶
这类物质在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面又表现出类似晶体的各向异性。于是，人们形象地称这类物质为液态晶体，简称液晶。
液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质。
液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关。在施加电压时，液晶分子能够沿电场方向排列，而移去电场后，液晶分子又恢复到原来的状态，所以液晶具有显示功能。故液晶可以制造电子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等器材。
二、纳米材料
纳米陶瓷隔热膜
碳纳米管
纳米金溶液
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。通常，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。因此，纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。
纳米陶瓷不仅保留了陶瓷硬度高、强度高的特点，其韧性和可加工性也显著增强，甚至具有金属一样的柔韧性。
碳纳米管是一种管状结构，它是由石墨片围绕中心轴按照一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空"微管"，根据条件的不同可以形成单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。碳纳米管不仅纤维长，而且具有高强度、高韧性，其强度比同体积钢的强度高 100 倍，质量却只有钢的1/6 到1/7，因而被称为"超级纤维";此外，它还具有特殊的电学、热学、光学、储氢等性能。
将纳米金分散在水或其他溶剂中可以得到胶体金。
因纳米金颗粒可与硫化氢在弱碱性环境中结合而呈现稳定的红色，故可用于现场检测空气中是否存在硫化氢；纳米金还可以与蛋白质结合，作为快速的免疫检测方法；此外，纳米金在肿瘤检测、靶向药物输送、基因治疗等方面也都具有重要应用价值。
三、超分子
若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，能表现出不同于单个分子的性质，可以把这种聚集体看成分子层次之上的分子，称为超分子。
超分子结构特点
超分子内部分子之间通过非共价键相结合，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。
20 世纪 80 年代，化学家发现了一类被称为冠醚的物（图 3-3-9）。
冠醚是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合，并随环的大小不同而与不同的金属离子络合，利用此性质可以识别碱金属离子
重要特征及其应用——分子识别
冠醚识别碱金属离子(如K＋)
冠醚，是分子中含有多个-氧-亚甲基-结构单元的大环多醚。冠醚的空穴结构对离子有选择作用，不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配(配位作用)，从而实现选择性结合(识别不同大小的碱金属离子)，在有机反应中可作催化剂。
冠醚 冠醚空腔直径/pm 合适的粒子（直径/pm）
12-冠-4 120～150 Li+（152）
15-冠-5 170～220 Na+（204）
18-冠-6 260～320 K+（276）
Rb+（304）
21-冠-7 340～430 Cs+（334）
冠醚靠什么原子吸引阳离子？
C 原子是环的骨架，稳定了整个冠醚；
O 原子吸引阳离子。
冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是分子间作用力？
共价键
冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还有什么粒子，这类晶体是离子晶体、共价晶体还是分子晶体？
阴离子，离子晶体
重要特征及其应用——相转移催化剂
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。
KMnO4 水溶液对烯烃的氧化效果较差
重要特征及其应用——相转移催化剂
在烯烃中溶入冠醚时，冠醚通过与 K+ 结合而将 MnO4- 也携带进入烯烃；冠醚不与 MnO4- 结合，使游离或裸露的MnO4- 反应活性很高，从而使氧化反应能够迅速发生（图 3-3-10）。
重要特征及其应用——分子识别
在链状分子A上同时含有两个不同的识别位点。在碱性情况下，环状分子B与带有正电荷的位点1的相互作用较强；在酸性情况下，由于位点2的烷基铵结合H＋而带正电荷，与环状分子B的作用增强。因此，通过加入酸和碱，可以实现分子梭在两个不同状态之间的切换。
聚集状态 液晶 纳米材料 超分子
定义 在一定温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体各向异性的聚集状态 三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料 两个或者多个分子相互组合在一起，形成具有特殊功能的聚集体，表现出既不同于单个分子，又不同于大块物体的性质，这样的分子称为超分子
特征 折射率、磁化率、电导率均表现出各向异性，液晶显示的驱动电压低、功率小 粒子细化、界面原子比例高，使纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面具有特性 超分子内部分子之间通过非共价键相结合，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
重要应用 液晶显示器、电子表、计算器、数字仪表 化妆品、涂料、食品、化纤布料、隐形飞机 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，如功能材料等
1.(双选)从1972年第一只使用液晶显示器的手表诞生,到1989年第一台液晶显示器的笔记本计算机发明,短短的10多年间,液晶技术不断完善发展。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有关
D.液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
C、D
2.碳纳米管可以看作是石墨烯片层卷曲而成。
这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小、熔点高、化学性质稳定性好的特点,因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是( )
A.它是制造飞机的理想材料
B.它的主要组成元素是碳
C.它的抗腐蚀能力强
D.碳纤维复合材料不易导电
D
D
3．下列不能看作超分子的是( )
A．两个DNA分子链通过氢键结合在一起
B．细胞膜中的磷脂分子的双层膜结构
C．冠醚与金属离子的聚集体
D．所有以氢键结合在一起的分子
液晶、纳米材料与超分子
第3章 不同聚集状态的物质与性质
1.知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有液晶、纳米材料、超分子等其他聚集状态。
2.知道液晶、纳米材料和超分子的结构与性质的关系。探析物质结构对性质的影响。
液态
气态
固态
物质的聚集状态只有固态、液态、气态三种吗？
某些呈长棒形的有机化合物在加热熔化时，首先变成一种不透明的状态，当继续加热到某一温度才会突然变得清澈透明
一、液晶
这类物质在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面又表现出类似晶体的各向异性。于是，人们形象地称这类物质为液态晶体，简称液晶。
液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质。
液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关。在施加电压时，液晶分子能够沿电场方向排列，而移去电场后，液晶分子又恢复到原来的状态，所以液晶具有显示功能。故液晶可以制造电子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等器材。
二、纳米材料
纳米陶瓷隔热膜
碳纳米管
纳米金溶液
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。通常，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。因此，纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。
纳米陶瓷不仅保留了陶瓷硬度高、强度高的特点，其韧性和可加工性也显著增强，甚至具有金属一样的柔韧性。
碳纳米管是一种管状结构，它是由石墨片围绕中心轴按照一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空"微管"，根据条件的不同可以形成单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。碳纳米管不仅纤维长，而且具有高强度、高韧性，其强度比同体积钢的强度高 100 倍，质量却只有钢的1/6 到1/7，因而被称为"超级纤维";此外，它还具有特殊的电学、热学、光学、储氢等性能。
将纳米金分散在水或其他溶剂中可以得到胶体金。
因纳米金颗粒可与硫化氢在弱碱性环境中结合而呈现稳定的红色，故可用于现场检测空气中是否存在硫化氢；纳米金还可以与蛋白质结合，作为快速的免疫检测方法；此外，纳米金在肿瘤检测、靶向药物输送、基因治疗等方面也都具有重要应用价值。
三、超分子
若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，能表现出不同于单个分子的性质，可以把这种聚集体看成分子层次之上的分子，称为超分子。
超分子结构特点
超分子内部分子之间通过非共价键相结合，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。
20 世纪 80 年代，化学家发现了一类被称为冠醚的物（图 3-3-9）。
冠醚是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合，并随环的大小不同而与不同的金属离子络合，利用此性质可以识别碱金属离子
重要特征及其应用——分子识别
冠醚识别碱金属离子(如K＋)
冠醚，是分子中含有多个-氧-亚甲基-结构单元的大环多醚。冠醚的空穴结构对离子有选择作用，不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配(配位作用)，从而实现选择性结合(识别不同大小的碱金属离子)，在有机反应中可作催化剂。
冠醚 冠醚空腔直径/pm 合适的粒子（直径/pm）
12-冠-4 120～150 Li+（152）
15-冠-5 170～220 Na+（204）
18-冠-6 260～320 K+（276）
Rb+（304）
21-冠-7 340～430 Cs+（334）
冠醚靠什么原子吸引阳离子？
C 原子是环的骨架，稳定了整个冠醚；
O 原子吸引阳离子。
冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是分子间作用力？
共价键
冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还有什么粒子，这类晶体是离子晶体、共价晶体还是分子晶体？
阴离子，离子晶体
重要特征及其应用——相转移催化剂
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。
KMnO4 水溶液对烯烃的氧化效果较差
重要特征及其应用——相转移催化剂
在烯烃中溶入冠醚时，冠醚通过与 K+ 结合而将 MnO4- 也携带进入烯烃；冠醚不与 MnO4- 结合，使游离或裸露的MnO4- 反应活性很高，从而使氧化反应能够迅速发生（图 3-3-10）。
重要特征及其应用——分子识别
在链状分子A上同时含有两个不同的识别位点。在碱性情况下，环状分子B与带有正电荷的位点1的相互作用较强；在酸性情况下，由于位点2的烷基铵结合H＋而带正电荷，与环状分子B的作用增强。因此，通过加入酸和碱，可以实现分子梭在两个不同状态之间的切换。
聚集状态 液晶 纳米材料 超分子
定义 在一定温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体各向异性的聚集状态 三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料 两个或者多个分子相互组合在一起，形成具有特殊功能的聚集体，表现出既不同于单个分子，又不同于大块物体的性质，这样的分子称为超分子
特征 折射率、磁化率、电导率均表现出各向异性，液晶显示的驱动电压低、功率小 粒子细化、界面原子比例高，使纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面具有特性 超分子内部分子之间通过非共价键相结合，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
重要应用 液晶显示器、电子表、计算器、数字仪表 化妆品、涂料、食品、化纤布料、隐形飞机 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，如功能材料等
1.(双选)从1972年第一只使用液晶显示器的手表诞生,到1989年第一台液晶显示器的笔记本计算机发明,短短的10多年间,液晶技术不断完善发展。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有关
D.液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
C、D
2.碳纳米管可以看作是石墨烯片层卷曲而成。
这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小、熔点高、化学性质稳定性好的特点,因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是( )
A.它是制造飞机的理想材料
B.它的主要组成元素是碳
C.它的抗腐蚀能力强
D.碳纤维复合材料不易导电
D
D
3．下列不能看作超分子的是( )
A．两个DNA分子链通过氢键结合在一起
B．细胞膜中的磷脂分子的双层膜结构
C．冠醚与金属离子的聚集体
D．所有以氢键结合在一起的分子