【正文】 硅酸鹽結(jié)構(gòu)示意圖 86 與晶體晶格結(jié)點(diǎn)上微粒長程有序排列不同，非晶體中微粒呈短程無序排列。例如，層狀結(jié)構(gòu)的石墨、二硫化鉬、氮化硼等屬于混合鍵型晶體。更多晶體的晶格結(jié)點(diǎn)粒子間作用發(fā)生了變異，很難劃定為上述任一典型晶體，而屬于過渡型晶體。 金屬材料重要的物理性質(zhì) 與離子晶體、分子晶體和原子晶體相比，金屬晶體具有良好的 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性 ，尤其是第 IB 族的 Cu， Ag，Au。 80 4．金屬晶體 金屬晶體 的晶格結(jié)點(diǎn)上排列著原子或正離子。 76 O = C = O圖 29 CO2分子晶體 (干冰 ) 77 C60 的溶液 A students view of the discovery of Buckminsterfullerene (adapted from Jonathan Hare39。屬于分子晶體的物質(zhì)一般為非金屬元素組成的共價(jià)化合物，如 SiF4， SiCl4， SiBr4， SiI4， H2O， CO2， I2 等。 NaCl離子晶體如 圖 28所示。 一、晶體 67 圖 27 晶格及晶胞 (a) (b) (c) 等徑圓球密堆積 晶格或點(diǎn)陣 晶胞 68 十二面體鉆石晶體 鉆石及其母巖 如果能用一個(gè)空間點(diǎn)陣圖形貫穿整個(gè)晶體，這個(gè)晶體又叫 單晶體 。固體中的原子及其結(jié)合態(tài)粒子在空間的排布，如果長程有序便稱為 晶體 ，如果短程無序就稱為 非晶體 。 4．聯(lián)系活性炭、分子篩等實(shí)例，理解固體吸附劑的表面組成特點(diǎn)及功用。纖維素是植物支撐組織的基礎(chǔ)，是植物細(xì)胞壁的主要成分；是制造人造絲、人造棉、玻璃紙、火棉膠等的主要原料；在制備復(fù)合材料中也有較多應(yīng)用。 由于纖維素分子間氫鍵的作用，使分子鏈平行排列、緊密結(jié)合，形成纖維束，每一束有 100~200條分子鏈。糖原在動(dòng)物的肝臟和肌肉中含量最大。多糖沒有甜味，一般不溶于水。淀粉等加以改性可代替合成高分子，制成不污染環(huán)境的可降解塑料制品。淀粉是植物體中儲存的養(yǎng)分，主要存在于種子和塊莖中，是食物的重要組成部分。如葡萄糖的氧化反應(yīng)： C6H12O6 ＋ 6 O2 → 6 H 2O ＋ 6 CO2 56 糖類常分三類： (1)單糖 (2)低聚糖或寡糖 (3)多糖， 糖的分類 由于纖維素、淀粉等碳水化合物徹底水解后都生成葡萄糖，所以把葡萄糖看做是這些天然高分子化合物的單體，并把葡萄糖、果糖等不再水解的較簡單化合物稱做單糖。 基因工程 55 3．糖類 糖類 是自然界中分布最廣的一大類有機(jī)化合物，主要由 C， H 和 O 三種元素組成，大多具有通式 Cn(H2O)n，故又稱碳水化合物。 基因工程的直接目的 就是改造生物。每個(gè)基因探針包含著由若干個(gè)核苷酸組成的 DNA 片段。這就是所謂的遺傳信息傳遞的中心法則， 中心法則 52 基因 是一個(gè)特定的 DNA 片段，通常有 1 000 ~ 5 000 個(gè)堿基對，一個(gè) DNA 分子可以含有多達(dá)上萬個(gè)基因，人體的 46條染色體大約含 100萬個(gè)基因。DNA 和 RNA 之間主要是戊醛糖和嘧啶堿有區(qū)別。核酸分為 脫氧核糖核酸 (DNA)和 核糖核酸 (RNA)兩類。 46 α 螺旋的四種表示方法 47 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 纖維狀蛋白質(zhì) 一般只有一類二級結(jié)構(gòu)構(gòu)象單元，而 球狀蛋白質(zhì) 可能在同一分子內(nèi)有幾類二級結(jié)構(gòu)構(gòu)象單元。 維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的化學(xué)鍵有：氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、 Van der Waals 力和二硫鍵。按 R 基組成的不同，氨基酸可分為 脂肪族 、 芳香族 和 雜環(huán)族 三類；按 R 基極性的不同，氨基酸又可分為非極性 R 基氨基酸和極性 R 基氨基酸。多肽鏈由氨基酸通過肽鍵（酰胺鍵， —CO—NH—）共價(jià)連接而成，各種多肽鏈都有自己特定的氨基酸順序。 歸納起來一般有以下幾種情況： (1)在單體或組成特征前面加 “聚” (Po1y)，表示高分子化合物是通過聚合反應(yīng)得到的，如聚乙烯、聚酰胺等。工程應(yīng)用中多為合成高分子。例如三丁基鋁 A1(C4H9)3 和三異丙基苯鉻Cr[C6H4CH(CH3)2]3 熱分解，分別得到金屬鋁膜和鉻膜。 25 金屬有機(jī)化合物是電子、光學(xué)、磁性等功能材料、超純材料和精細(xì)陶瓷等許多工業(yè)加工中的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。包括由過渡元素與不飽和基團(tuán)通過金屬軌道和 π電子之間相互作用而生成的 π配合物，如 Cr(C6H6)Fe(C5H5)2（二茂鐵）、 [K+(PdCl3CH2=CH2)–]；過渡元素與羰基等配合形成同時(shí)含 σ鍵和 π鍵的金屬有機(jī)化合物，如羰基金屬M(fèi)(CO)n。 (2)σ鍵化合物。 22 由金屬原子和有機(jī)基團(tuán)中碳原子鍵合而成，含金屬 –碳鍵（ M—C）的化合物稱金屬有機(jī)化合物，如 (C2H5)2 Zn、 C6H5Ti(OC3H7) (C2H5)4Pb、 RMgX（ R為烷基， X為鹵素）。 Y2O2S： Eu3+， Y2O2S： Tb3+， (Ca， Sr)10(PO4)6C12： Eu3+ ―黑漆”古銅鏡耐磨是因?yàn)槠浔砻嫘纬闪艘粚臃钦然衔铮篠n1xCuxO2 例如： 碳化物、氮化物 在鋼材中能有效地提高鋼材的硬度； 19 根據(jù)不同的顯示器件對顯示技術(shù)的要求，科潤光電推出了陰極射線與投影管（ CRT）發(fā)光材料、半導(dǎo)體二極管（ LED）發(fā)光材料、場發(fā)射（ FED）發(fā)光材料、低壓熒光屏（ VFD）發(fā)光材料、等離子體（ PDP）發(fā)光材料、 X射線發(fā)光材料等顯示器件發(fā)光材料，并適應(yīng)背投電視蓬勃發(fā)展的市場狀況，建設(shè)了紅、藍(lán)、綠投影管專用發(fā)光材料生產(chǎn)線。 然而它們是穩(wěn)定存在的物質(zhì)，在常溫下多為固體。用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視屏，這是電視制造業(yè)的發(fā)展方向。如果用碳納米管做繩索，是唯一可以從月球掛到地球表面，而不被自身重量所拉斷的繩索。 外部直徑只有幾到幾十納米。球碳團(tuán)簇在高新技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，美國化學(xué)家 Smalley R. E.， Curl R. F. 和英國化學(xué)家 Kroto H. W. 因?qū)﹂_拓這個(gè)新領(lǐng)域的貢獻(xiàn)榮獲 1996年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 二、團(tuán)簇 12 圖 22 金剛石、石墨、 C60 的結(jié)構(gòu)示意圖 (c) C60 黃色為雙鍵 紅色為單鍵 在大量的團(tuán)簇中，研究最多的是碳團(tuán)簇，原子數(shù)為 20， 24， 28， 32， 36， 50， 60，70， 84， 120… 的穩(wěn)定性較高，其中 C60 的豐度最高， C70 次之。有金屬簇，如 Lin， Cun， Hgn；非金屬簇，如 Cn， Nn， Arn；分子簇，如 (H2O)n， (NaCl)n 等。具有相同化學(xué)組成的配合物往往有不同的空間結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出不同的性能。二氨合鉑 (Ⅱ ) 例如 具有抗癌活性 無活性。二氨合銅 (Ⅱ ) [Cu (en)2 ] SO4 硫酸二乙二胺合銅 (Ⅱ ) Co2 (CO)8 八羰合二鈷 (0) Cr (C6H6)2 二苯合鉻 (0) 9 C u2 +H2NH2NN H2N H2C H2C H2C H2C H2C aONC H2C OOONOC OC H2C H2C H2C OC H2C H2C O2 [CaY]2– 配離子 多齒配體與螯合物 復(fù)雜多元有機(jī)酸根、多元胺等常常含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的配位原子，它們作為配位體時(shí)稱為 多 齒配體 。 英語中稱做： Coordination Compound，意為“協(xié)同化合物” 或 Complex Compound，意為“復(fù)雜化合物”。 5 物質(zhì) 實(shí)物 場 無機(jī)物 有機(jī)物 單質(zhì)及簡單化合物 (氧化物、酸、堿、鹽 ) 復(fù)雜化合物 (配合物、團(tuán)簇、超分子 ) 無機(jī)高分子 (無機(jī)固體材料等 ) 簡單化合物 (烴及其衍生物、醇、醛、羧酸、酯等 ) 有機(jī)高分子 天然高分子 (糖類、 DNA、蛋白質(zhì)等 ) 合成高分子 (合成塑料、橡膠、纖維 ) 復(fù)雜化合物 (超分子 ) 金屬有機(jī) 物質(zhì)的分類 6 配合物是以金屬正離子 (或中性原子 )作為中心，有若干個(gè)負(fù)離子或中性分子按一定的空間位臵排列在其周圍形成的復(fù)雜化合物。 2．認(rèn)識物質(zhì)化學(xué)組成的復(fù)雜性，了解 C60 等團(tuán)簇和 α—Si： H，F(xiàn)e3C 等非整比化合物、不符合正常化合價(jià)規(guī)則的物質(zhì)的存在及其工程應(yīng)用。1 第二章 物質(zhì)的化學(xué)組成和聚集狀態(tài) 《 工程化學(xué)基礎(chǔ) 》 2 本章內(nèi)容提要 物質(zhì)是由原子、離子、分子等原子的結(jié)合態(tài)組成的，根據(jù)組成物質(zhì)的元素的種類的不同，可以將物質(zhì)分為無機(jī)物和有機(jī)物兩大類。 3 目錄 2. 1 物質(zhì)的化學(xué)組成 2. 2 固 體 2. 3 液體和液晶 2. 4 氣體和等離子體 4 2. 1 物質(zhì)的化學(xué)組成 學(xué) 習(xí) 要 求 1．聯(lián)系實(shí)例，理解配位化合物、高分子化合物組成中的基本概念和命名原則，能寫出一些常見配合物和高分子的化學(xué)式。 5．聯(lián)系實(shí)例，理解物質(zhì)的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)是決定其性能和應(yīng)用的基礎(chǔ)。中心離子和配位體之間靠 配位鍵 結(jié)合。三氨合鈷 (Ⅲ ) [Cu (NH3)2 (CH3COO) ] Cl 氯化乙酸根 二氨合鉑 (Ⅱ ) P tH 3 N C lC l N H 3P tN H 3C lC l N H 3順式 二氯 結(jié)構(gòu)對配合物的性質(zhì)有很大影響。團(tuán)簇的空間尺度在納米 (10–9 m)量級左右。團(tuán)簇是許多納米材料的基礎(chǔ)。 (a) 金剛石 (b) 石墨 碳團(tuán)簇 13 球碳團(tuán)簇及其衍生物在超導(dǎo)電性、半導(dǎo)體、非線性光學(xué)等方面具有奇異性能， K3C60、 Rb3C60、 Rb2CsC60 、 Rb2. 7Tl2. 2C60 和RbTl2C60 的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度分別為 18 K、 30 K、 31. 3 K、 45 K 和 48 K。碳管兩頭可以是空的，也可被半個(gè) C60或更大的球碳所封閉。用這樣輕而柔軟、又非常結(jié)實(shí)的材料做防彈背心是最好不過的了。 納米碳管的細(xì)尖極易發(fā)射電子。 又如： LaH2. 76， Fe1–x O， Sn1+xO2， PbO1. 88 等物質(zhì) 三、非整比化合物 17 其中有陽離子過剩（或陰離子短缺）的化合物， 如 Zn1+x O， NaCl1–x； 以及由混雜缺陷產(chǎn)生的非整比化合物，如 Na1–2xCaxCl， Ca1–xYx F2+x， Zr1–x Ca xO2–x， Lix Si1–x AlO2 等。 GaAs1–x Px是制發(fā)光二極管的材料，它可以發(fā)出從紅光到綠光的各種顏色的光； 彩色電視發(fā)光材料用的紅粉、綠粉和藍(lán)粉的其組成也是非整比化合物。 (Co0. 90 Fe0. 06 Ni0. 02 Nb0. 02 )78 Si22–x Bx 是用于錄音磁頭的一類合金的組成； (GdCo， GdFe) 是用于計(jì)算機(jī)儲存元件的一種非晶態(tài)材料； Yn Ba2 Cum O7 ~ 8： La1–n Lim–3 是性能很好的高溫超導(dǎo)體； Ba0. 88 Pb0. 88 Ca0. 04 TiO3 陶瓷廣泛用于超聲加工聲納、水聽器等； Pb1–x Lax (Zry Ti1–y )1–x/4 O3 是壓電陶瓷； Ti50 Ni 是鈦鎳形狀記憶合金； 21 非整比化合物（不定組成）與整比化合物 (定組成 )（水，二氧化碳等）是一對矛盾，他們代表著 物質(zhì)形成的兩種方式 ，各自發(fā)揮著自己的作用。它們一般不溶于烴類溶劑，具有異乎尋常的反應(yīng)活性，對空氣敏感，遇水劇烈水解。 (3)非經(jīng)典鍵化合物。所以金屬有機(jī)的范圍在不斷擴(kuò)大，也說明科學(xué)和人的認(rèn)識都是不斷發(fā)展的。這廣泛用于 化學(xué)氣相沉積（ Chemical Vapor Deposit， CVD） ，能沉積成高附著性的金屬膜。有機(jī)高分子中有 纖維素、蛋白質(zhì)、淀粉、木質(zhì)素 等天然高分子和有機(jī)小分子聚合而成的合成高分子。 31 碳鏈高分子化合物 主鏈中均是 C–C 鍵 主鏈中引入了 O， N 等雜元素，不但有 C–C 鍵，還有 C–O， C–N 鍵， 雜鏈高分子化合物 主鏈中僅含有 Si， P， O等元素而沒有 C 原子 元素有機(jī)高分子化合物 高分子化合物的分類 32 表 2. 1 一些高分子化合物及其單體 名 稱 化 學(xué) 式 單 體 聚乙烯 CH2＝ CH2 聚丙烯 CH3 CH＝ CH2 聚氯乙烯 ClCH＝ CH2 聚苯乙烯 聚四氟乙烯 CF2＝ CF2 聚異戊二烯 C H 2 C H