1、你 知 道 吗你 知 道 吗日常生活中所接触到的物质会有哪些状态呢？钻石松香塑料玻璃固态：流水液态：氧气气态：极光雷电那么雷电和极光里的物质又是什么状态的呢？20世纪前，人们认为物质的三态变化只是分子间距离发生了变化。20世纪初，通过X射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子。气态和液态物质也不一定是由分子构成。1.物质的聚集状态 通常物质有三种存在状态,这三种状态通常是指固态、液态和气态。现代科技发现物质的聚集状态除了三态外还有更多的物质聚集状态，如、离子液体、晶态、非晶态，以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、等。用途：等离子体中含有带电粒子且能自由运动，使等离子体具有良好的导电性和流
2、动性，因此等离子体用途十分广泛。例如，运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器；利用等离子体可以进行化学合成；核聚变也是在等离子体态下发生的，等等。定义：气态物质在高温或者外加电场激发下，分子发生分解，产生电子和阳离子等。这种由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体称为等离子体。存在：等离子体是一种特殊的气体，存在于我们周围。例如，在日光灯和霓虹灯的灯管里，在蜡烛的火焰里，在极光和雷电里，都能找到等离子体。u等离子体定义：离子液体是指全部由离子组成的液体，如高温下的KCl，KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液
3、体，也称为低温熔融盐。NNYYNCAgCN室温离子液体熔点低的原因：室温离子液体作为离子化合物，其熔点较低的主要原因是因其结构中某些取代基的不对称性使离子不能规则地堆积成晶体所致。它一般由有机阳离子和无机或有机阴离子构成，常见的阳离子有季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐离子等（如下图所示），阴离子有卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子等。【思考】从结构的角度看，离子液体熔点低的原因？【提示】在离子化合物中，阴阳离子之间的作用力为静电作用，其大小与阴阳离子的所带电荷及离子半径有关，离子半径越大，它们之间的作用力越小，这种离子化合物的熔点就越低。离子液体的阴阳离子体积很大，结构松散，导
4、致它们之间的作用力较低，以至于熔点接近室温。你 知 道 吗你 知 道 吗是具有离子导电性的固态物质。这些物质或因其晶体中的点缺陷或因其特殊结构而为离子提供快速迁移的通道，在某些温度下具有具有接近、甚至超过熔盐的高的离子电导率和低的电导激活能。已经发现几十种材料，如卤化物中的RbAg4I5、-AgI是银离子导体，氧化物中的ZrO2 (掺杂Y2O3)是氧离子导体，-Al2O3是钠离子导体等。广泛应用于新型固体电池、高温氧化物燃料电池、电致变色器件和离子传导型传感器件等。例如，用固体电解质碘制成的锂-碘电池已用于人工心脏起搏器;以二氧化锆为基质的固体电解质已用于制高温测氧计等。电解质电解质是掺杂了电
5、解质是掺杂了Y Y2 2O O3 3的的ZrOZrO2 2 晶体晶体, ,它它在高温下能传导在高温下能传导O O2-2-。电脑的液晶显示器、液晶电视，液晶是液体还是晶体呢？液晶：某些物质在熔融状态或被溶剂溶解之后，尽管失去固态物质的刚性，却获得了液体的易流动性，并保留着部分晶态物质分子的各向异性有序排列，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态， 这种由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体称为液晶。一定温度范围的液晶一定温度范围的液晶热致液晶： 指由单一化合物或由少数化合物的均匀混合物形成的液晶。通常在一定温度范围内才显现液晶相的物质。溶致液晶：是一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成
6、的液晶。是在溶液中溶质分子浓度处于一定范围内时出现液晶相，即胶束等。实用液晶在常温下十分稳定。已经获得实际应用的热致液晶均为刚性棒状强极性（或易于极化的）分子，其分子有取向序，分子的长轴取向一致，但无位置序，分子可滑动。此外，还有平板状、盘状、叶状分子等液晶。棒状分子液晶内部分子排列示意图你 知 道 吗你 知 道 吗 准晶体亦称为准晶或拟晶，是一种介于晶体和非晶体之间的固体。具有与晶体相似的长程有序的原子排列，但是不具备晶体的平移对称性。普通晶体只能具有二次、三次、四次或六次旋转对称性，但是准晶的布拉格衍射图具有其他的对称性，例如五次对称性或者更高的如六次以上的对称性。获得2011年诺贝尔化学
7、奖的丹舍特曼是第一个正式报道发现了准晶的人。1984年他和以色列理工学院的同事们在快速冷却的铝锰合金中发现了一种新的金属相，其电子衍射斑具有明显的五次对称性。准晶体具有独特的属性，其坚硬又有弹性、非常平滑，而且，与大多数金属不同的是，其导电、导热性很差，在日常生活中可用来制造不粘锅、发光二极管、热电转化设备等。金刚石晶体的结构特点 金刚石晶体中，每个碳原子以四个共价键对称地与相邻的 4 个碳原子相结合，键角为 109 28，即金刚石中的碳采取 sp3 杂化轨道形成共价键三维骨架结构。1定义：2构成粒子： 原子 3粒子间作用： 共价键4空间结构： 三维骨架结构相邻原子间以共价键结合而形成的三维骨
8、架结构的晶体 5. 常见共价晶体 (1)某些单质：以碳为中心， 同主族向下： 硅（Si）锗（Ge）和灰锡（Sn）等 同周期向左、向右： 硼（B）高聚氮 (2)某些非金属化合物： 碳化硅（SiC） 氮化硅（Si3N4） 氮化硼（BN）等 以 Si3N4 为基础，用 Al 取代部分 Si， 用 O 取代部分 N 而获得结构多样化的陶瓷，用于制作 LED 发光材料。 5. 常见共价晶体共价键三维骨架结构 熔点高 硬度大 一般不导电 难溶于一些常见的溶剂 6. 共价晶体的性质6. 共价晶体的性质 硬度是衡量固体软硬程度的指标。硬度有不同的标度，最普通的硬度标度是画痕硬度，即摩氏硬度。以固体互相刻画时出
9、现刻痕的固体的硬度较低。金刚石不能被任何天然矿物刻划出刻痕，因而是最硬的。以金刚石的硬度为 10，以另 9 种天然矿物为代表。可将摩氏硬度分为十度，即：石英的左、右型晶体压电材料：制作石英手表 低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，而没有封闭的环状结构二氧化硅的结构硅氧四面体硅氧四面体无限长单链状结构的多硅酸根无限长单链状结构的多硅酸根 组成和结构-结构基本单元是SiO4四面体，四面体互相共用顶点连接成各种各样的结构形式，Al3+可以取代部分Si4+组成硅铝酸盐。Si 采用 sp3 杂化轨道与 O 形成硅氧四面体, 处于四面体顶端的 氧原子均为周围的四面体共用，这种结构导致
10、其化学性质很稳定 .无限长双链兼环状结构的多硅酸根无限长双链兼环状结构的多硅酸根分类分类- -按硅酸盐结构中硅（铝）氧骨干型式分：按硅酸盐结构中硅（铝）氧骨干型式分：岛状硅酸盐岛状硅酸盐含有孤立阴离子结构，及含有有限个硅氧骨干，如含有孤立阴离子结构，及含有有限个硅氧骨干，如SiOSiO4 4 4-4-、SiSi2 2O O7 76-6-、SiSi6 6O O181812-12-等。等。链型硅酸盐链型硅酸盐含有在一维方向上无限延伸的硅氧骨架，如含有在一维方向上无限延伸的硅氧骨架，如SiSi4 4O O1111 n n6n-6n-、SiOSiO3 3 n n2n-2n-等。等。层型硅酸盐层型硅酸盐
11、含有在二维平面上无限延伸的硅氧骨架，每一个硅氧四面体通过共用含有在二维平面上无限延伸的硅氧骨架，每一个硅氧四面体通过共用三个氧原子与邻近的三个硅氧四面体联接。如三个氧原子与邻近的三个硅氧四面体联接。如 SiSi2 2O O5 5 n n2n-2n-骨架型硅酸盐骨架型硅酸盐含有在三维空间联接的硅氧骨架，硅氧四面体间通过四个共用氧含有在三维空间联接的硅氧骨架，硅氧四面体间通过四个共用氧原子而组成各种各样空间网络结构，如原子而组成各种各样空间网络结构，如 AlSiAlSi3 3O O8 8 n nn-n- 单聚硅酸根 单个的硅氧四面体，例如自然界中的橄榄石 Mg2SiO4。 二聚硅酸根 两个硅氧四面
12、体通过共用一个氧原子连结起来，例如自然界中的钪硅石 Sc2Si2O7。SiOOOO正硅酸根 SiO44焦硅酸根 Si2O76 链聚硅酸根：许多硅氧四面体连结成无限长的链，相邻两个硅氧四面体共用 1 个氧原子。阴离子硅酸根链之间分布着带正电的金属离子，靠静电引力使链结合在一起，这类硅酸盐具有纤维状结构，如石棉。 Si n O 3n + 1 ( 2n + 2 ) 片状聚硅酸根：每一个硅氧四面体通过共用 3 个氧原子分别与邻近 3 个硅氧四面体连结，形成片层状结构，片层之间靠金属离子的静电引力结合在一起，如云母。 分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体是典型的四种晶体类型。事实上，纯粹的典型晶体是不
13、多见的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。过渡晶体与混合型晶体如:第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数如下表：氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2P2O5SO2Cl2O7离子键的百分数/%62504133都是分子晶体,表明离子键成分的百分数更小 从从表中数据可见表中数据可见,前四种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹前四种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的的离子键离子键,也不是纯粹也不是纯粹的的共价键共价键,这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体,而是离子晶体和共而是离子晶体和共价晶体之间的价晶体之间的过渡晶体过渡晶体。 通常通常
14、把偏向离子晶体的过渡晶体当作离子晶体把偏向离子晶体的过渡晶体当作离子晶体,如如Na2O等等;偏向共价晶体的过渡晶偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体体当作共价晶体,如如Al2O3、SiO2等。等。第三周期元素的氧化物晶体类型变化趋势氧化物 Na2O MgO Al2O3SiO2P2O5SO3Cl2O7 四类晶体都有过渡型，没有严格的分界线。离子晶体 共价晶体 分子晶体2. 混合型晶体回顾思考： 金刚石和石墨是碳的两种同素异形体，他们的物理性质 有什么异同点？ 金刚石石墨熔点很高质地坚硬不能导电2.混合型晶体熔点很高 质地较软导电性好 金刚石石墨2. 混合型晶体金刚石晶体结构石墨的层状结构2.混合型
15、晶体石墨晶体的结构与性质 同层中的每个碳原子用 sp2 杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键相结合，形成碳环网状平面结构。 核间距 142 pm，键能很大，所以石墨化学性质稳定 。石墨晶体中的二维平面结构石墨结构中未参与杂化的 p 轨道 每个碳原子还有一个与碳环网状平面垂直的未参与杂化的 2p 轨道（含有一个未成对电子），它们相互平行且相互重叠，形成遍及整个平面的大键，电子可在整个碳环网状平面上运动，大键具有金属键的性质，因此石墨有类似金属的导电性。 相邻碳环网状平面间相隔较远，电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，所以石墨只沿平面的方向导电。石墨晶体结构小结 范德华力混合型晶体层内碳原子之间未参
16、与杂化的轨道上的电子可在层内运动层与层碳原子之间构成 键的 sp2杂化轨道构成 键的p轨道共价键有金属键的性质 晶体微粒组成作用力金属晶体离子晶体物理特性特有应用结构种类决定决定分子晶体共价晶体过渡型晶体混合型晶体指纳米尺寸上的晶体材料，或具有晶体结构的纳米颗粒。指纳米尺寸上的晶体材料，或具有晶体结构的纳米颗粒。当当超微米粒超微米粒子尺寸不断减小，在一定条件下，会引起材料宏观物理、化学、机械等性质上的子尺寸不断减小，在一定条件下，会引起材料宏观物理、化学、机械等性质上的变化，通常称为小尺寸效应。另外，由于纳米微粒尺寸小，表面能高，这称为纳变化，通常称为小尺寸效应。另外，由于纳米微粒尺寸小，表面
17、能高，这称为纳米微粒的表面效应，它是指米微粒的表面效应，它是指纳米粒子纳米粒子的表面原子数与总原子数之比，随着纳米粒的表面原子数与总原子数之比，随着纳米粒子尺寸的减小，而大幅度的增加，于是粒子的表面能和表面张力也随着增加，从子尺寸的减小，而大幅度的增加，于是粒子的表面能和表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子的性质变化。由于纳米晶材料组成和结构的特殊性，其性能比传而引起纳米粒子的性质变化。由于纳米晶材料组成和结构的特殊性，其性能比传统材料有明显的改善和提高，尤其是具有超硬度、超模量效应等的特殊性。统材料有明显的改善和提高，尤其是具有超硬度、超模量效应等的特殊性。 纳米晶体中由于每一粒子组成原子少
18、，表面原子处于不安定状态，使其表面晶格震动的振幅较大，所以具有较高的表面能量，造成超微粒子特有的热性质，也就是造成熔点下降.纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它的许多特殊性质的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比。神奇的超分子，借分子间作用力形成复杂的组织结构 氢键是最强的分子间相互作用，很多分子可以通过氢键相互结合，形成具有固定组成的一个分子簇，这就是所谓的超分子。核酸的双螺旋结构是靠氢键来保持的二、超分子 两种或两种以上的分子（包括离子）通过分子间相互作用形成的分子聚集体。2. 微粒间作用力非共价键 主要是
19、静电作用、范德华力和氢键等1. 概念3. 大小 有的是有限的 有的是无限伸展的二、超分子 -： 4. 重要特征及其应用 a. 分离 C60 和 C70 b. 冠醚识别碱金属离子 分子识别分子识别是超分子化学的核心研究内容之一。所谓分子识别即是是超分子化学的核心研究内容之一。所谓分子识别即是指主体（受体）对客体（底物）选择性结合并产生某种特定功能的过指主体（受体）对客体（底物）选择性结合并产生某种特定功能的过程。这种结合不是靠传统的共价建力，而是靠称为非共价键里的分子程。这种结合不是靠传统的共价建力，而是靠称为非共价键里的分子间作用力，如范德华力间作用力，如范德华力、氢键、氢键等等。这些分子间相
20、互作用具有。这些分子间相互作用具有一定的方一定的方向性和选择性向性和选择性，决定了着，决定了着超分子的选择性识别。超分子的选择性识别。认识“杯酚” 分子识别分离 C60 和 C70 C60 C70 分子识别分离 C60 和 C70 冠醚，是分子中含有多个-氧-亚甲基-结构单元的大环多醚。常见的冠醚有15-冠-5、18-冠-6，冠醚的空穴结构对离子有选择作用，在有机反应中可作催化剂。18-冠-615-冠-512-冠-4 分子识别冠醚识别碱金属离子(如K)。猜想这些名称的含义15-冠-5 12-冠-4C 原子：25 = 10 O 原子：5 10 + 5 = 15C 原子：24 = 8 O 原子：4
21、8 + 4 = 12思考：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。思考：碱金属离子或大或小，猜想冠醚是如何识别它们的？冠醚环的大小与金属离子匹配，才能识别冠醚识别碱金属离子的应用 冠醚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，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。 “杯酚”与冠醚形成的超分子，虽然识别的分子、离子不同，但环状结构异曲同工，且尺寸可控。1987 年，诺贝尔化学奖授予三位化学家，以表彰他们在超分子化学理论方面的开创性工作，这是人类在操控分子方面迈出的重要一步。细胞和细胞器的
22、双分子膜细胞和细胞器的双分子膜 超分子组装的过程称为分子自组装（Molecular self-assembly)，自组装过程（Self-organization)是使超分子产生高度有序的过程。 自组装自组装与分子识别是超分子的基本特征，与分子识别是超分子的基本特征，也是超分子化学研究的重要内容。也是超分子化学研究的重要内容。自组装就自组装就是是在一定条件下，自发的产生一个结构相对在一定条件下，自发的产生一个结构相对稳定，具有一定功能并具有一定独立性的超稳定，具有一定功能并具有一定独立性的超分子体系的过程，比如形成螺旋体，有序几分子体系的过程，比如形成螺旋体，有序几何固体，液晶高分子的过程等等。
23、研究组装何固体，液晶高分子的过程等等。研究组装过程及组装体，并通过分子组装形成超分子过程及组装体，并通过分子组装形成超分子功能体系是超分子化学的重要目标。功能体系是超分子化学的重要目标。 超分子的自组装：一种或多种分子在平衡条件下依靠分子间相互作用，自发结合的稳定的、有序的超分子体系。【例】超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支，还扩展到生命科学和物理学等领域。由Mo将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示：(1)Mo处于第五周期第B族，价电子排布与Cr相似，它的基态价电子排布式是；核外未成对电子数是 个。 (2)该超分子中存在的化学键类型有。 A. 键 B. 键 C. 离子键D. 氢键(3)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是(填元素符号)，p-甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有。 (1)4d55s16(2)AB(3)Csp2和和sp3p-甲酸丁酯吡啶配体
