鲁科版高中化学选择性必修2第3章不同聚集状态的物质与性质3.3液晶、纳米材料与超分子教学课件

(共24张PPT)
请你思考！ 物质的聚集状态只有固、液、气三态吗？
气化
(吸热)
液化
(放热)
凝固
(放热)
融化
(吸热)
升华
(吸热)
凝华
(放热)
固态
液态
气态
20世纪前，人们认为分子是化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质固、液、气三态的转化只是分子间距离发生了变化。对于固态物质来说，物质中原子或分子相距都很近，它们只能在一定的位置上做不同程度的振动。液态物质的分子间距离比固态中的大，分子间作用力相对小，分子运动的自由度有所增加，表现出明显的流动性。至于气态物质，分子间距离显著变大，分子运动速度明显加快，体系处于高度无序状态。
第3节 液晶、纳米材料与超分子
第3章不同凝聚状态的物质与性质
2
1
了解液晶结构特点和用途。
了解纳米材料性质和用途。
2
了解超分子结构、性质与用途。
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。
结构特点
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。
用途
【典例1】下列关于液晶的说法正确的是( )
A．液晶是液体和晶体的混合物
B．混合型晶体是有多种类型晶体互相混合而成的晶体
C．超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体，不含离子和独立原子
D．大多数离子液体含有体积很大的阴阳离子，呈液态，难挥发
D
【变式1-1】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
【变式1-2】电子表、电子计算器、电脑显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。有关其显示原理的叙述中，正确的是( )
A．施加电压时，液晶分子沿垂直于电场方向排列
B．移去电压后，液晶分子恢复到原来状态
C．施加电场时，液晶分子恢复到原来状态
D．移去电场后，液晶分子沿电场方向排列
D
B
请你思考！ 为什么纳米材料具有如此神奇的功能？
纳米材料
组成
直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分
结构
内部具有晶状结构，原子排列有序
界面则为无序结构
既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质
性质
纳米陶瓷隔热膜
碳纳米管
纳米金溶液
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，由石墨片围绕而成的无缝、中空"微管"，可以形成单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。不仅纤维长，且具有高强度、高韧性，强度比同体积钢的强度高 100 倍，质量只有钢的1/6 到1/7，被称为"超级纤维";它还具有特殊的电学、热学、光学、储氢等性能。
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。
【典例2】纳米材料是21世纪最有前途的新型材料之一，世界各国对这一新材料给予了极大的关注。纳米粒子是指直径为1～100 nm的超细粒子(1 nm＝10－9 m)。由于表面效应和体积效应，其常有奇特的光、电、磁、热等性质，可开发为新型功能材料。下列有关纳米粒子的叙述不正确的是(　　)
A．因纳米粒子半径太小，故不能将其制成胶体
B．一定条件下纳米粒子可催化水的分解
C．一定条件下，纳米TiO2陶瓷可发生任意弯曲，可塑性好
D．纳米粒子半径小，表面活性高
A
【变式2-1】纳米材料是指粒子直径1~100nm的材料，是备受关注的一类新型无机非金属材料，纳米碳是其中之一，C60可用于制造碳纳米材料，下列说法正确的是(　　)
A．纳米碳是一种新型化合物 B．C60的摩尔质量为720g
C．纳米碳和C60是碳元素的同素异形体 D．纳米碳属于胶体
【变式2-2】微纳米材料研究所研发的纳米量级碳酸钙已取得重大突破。下列有关说法正确的是(　　)
A．纳米量级碳酸钙是与胶体相似的分散系
B．若将纳米量级碳酸钙均匀分散到蒸馏水中，不能透过滤纸
C．纳米量级碳酸钙均匀分散到蒸馏水中会产生丁达尔效应
D．纳米量级碳酸钙加入稀盐酸中不会有二氧化碳产生
C
C
常见的DNA碱基配对结构
A
T
G
C
碱基配对：A与T配对，G与C配对
A与T配对：
G与C配对：
通过2个氢键配对
通过3个氢键配对
DNA的双螺旋结构碱基对是通过氢键相互识别并结合的
思考：分子间通过非共价键作用聚集在一起而表现出特殊的性质吗
A
T
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。
氢键
概念
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。
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。
冠醚是分子中含有多个-氧-亚甲基-结构单元的大环多醚，是皇冠状的分子，，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
请你思考！
冠醚靠什么原子吸引阳离子？
δ-
δ-
δ-
δ-
δ-
δ-
Mn+
配位键
(共价键)
请你思考！
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
Mn+
Nn-
n+
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。
分子识别
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。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）。
相转移催化剂
【典例3】某种超分子的结构如图所示(已知：-Me为甲基)。下列说法正确的是( )
A．电负性：F>O>N>H>C
B．该超分子中涉及的元素均为元素周期表p区元素
C．超分子具有分子识别和自组装的特征
D．该超分子形成的B—N配位键中，B原子提供孤电子对
C
D
A
【变式3-3】1987诺贝尔化学奖授予三位化学家，表彰他们在超分子化学理论方面的开创性工作，从而超分子化学也开始风靡全球，下列说法错误的是( )
A．利用超分子具有自组装和分子识别的特性，可以分离某些分子
B．18-冠-6可以适配任意碱金属离子，其形成的晶体为分子晶体
C．图二中的超分子是两个不同的分子通过氢键形成的分子聚集体
D．图一8-冠-6冠醚与K+形成的超分子中K+的配位数为6
B
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