《工程化学基础》第2章资料.ppt

第二章 物质的化学组成和聚集状态 2. 1 物质的化学组成 一、 配位化合物 二、团簇 三、非整比化合物 四、金属有机化合物 五、高分子化合物 六、自由基和生物大分子 酞胺哌啶酮 2. 2 固体 一、晶体 二、非晶体 三、固体吸附剂 四、固体废弃物 2. 3 液体和液晶 一、水的性质和应用 二、溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压 三、液体燃料 四、表面活性物质 五、液晶 2. 4 气体和等离子体 一、理想气体和实际气体 轿车自燃 二、大气相对湿度 三、全球性大气变化 四、气溶胶 五、等离子体 作业： 表2. 12 表面活性物质的 HLB 值与应用的对应关系 透明溶液 洗涤剂 O／W乳化剂 增溶剂 14 16 18 半透明至透明分散体 润湿剂 稳定乳状分散体 8 10 12 不稳定乳状分散体 分散得不好 消泡剂 W／O乳化剂 2 4 6 0 不分散 应用 HLB值 在水中的溶解情况 液晶是介于晶体与液体之间的一种介晶状态，不同于一般的固体、液体。晶体中粒子三维有序，构成晶格点阵，表现为各向异性，如光学，介电，介磁等性质在各个方向上不同。受热后，晶格上排列的粒子动能增加，振动加剧。当压力恒定时，达到固态液态平衡温度，即熔点，就变为液态，表现出各向同性。有些物质被加热溶解后，得到混浊液体，这种浑浊液体具有像晶体一样的各向异性，又具有像液体一样的流动性和连续性，再加热到一定温度以后，就变成透明的液体。这种有序的流体就是液晶(Liquid Crystal)。液晶是奥地利植物学家Reinitzer F. 于1888年在研究植物中的苯甲酸胆固醇酯时首次发现的。液晶常分成热致液晶和溶致液晶两大类。 液晶 热致液晶是由于加热某些晶体而形成的液晶。 热致液晶 液晶 晶体 热 冷 液体 热 冷 (1) 近晶型液晶 (2) 向列型液晶 (3) 胆甾型液晶 包括三类： (3) 胆甾型结构 (1) 近晶型结构 (2) 向列型结构 图2-22 液晶分子排列模型示意图 溶致液晶是由像表面活性物质一样具有“两亲”特点的化合物与极性溶剂组成的二元或多元系统。两亲化合物包括简单的脂肪酸盐（如硬脂酸钠），离子型或非离子型表面活性物质，以及与生命体密切相关的复杂的类脂化合物（如卵磷脂，见图 2. 23）。当两亲化合物与水混合时，水分子进入固体晶格中，分布在亲水基的双层之间，破坏了晶体取向的有序而呈现出液晶特征，随着水量增加，可以出现不同的液晶态。 溶致液晶 亲水部分 亲脂部分 液晶 (层状) 晶体 胶团 溶液 +H2O –H2O 液晶 (立方) 液晶 (六方) +H2O –H2O +H2O –H2O +H2O –H2O +H2O –H2O 图2- 23 卵磷脂 高分子液晶是具有类似于低分子液晶有序结构的一类化合物。它与分子链的结构和组成有关，高分子主链或侧链中含有可形成液晶的单体时，则高分子一般也可显示出液晶的特点。近晶型结构中，链节平行排列，且链节的质心分层做层状排列；向列型结构中，链节近似于平行的单轴排列。当高分子的侧链含有可形成液晶的单体时，各层中侧链平行排列而呈梳子状，类似近晶型结构，高分子主链呈无规则状态，位于侧链的有序排列之间。某些生物高分子液晶显示出生物组织的功能，为人工合成具有特定生物活性的生物膜提供可能性。近年来，高分子液晶发展迅速。 高分子液晶 液晶是新型显示材料，在工程上应用非常广泛。 比如，液晶显示器、电子体温计等。 液晶的用途 液晶分子在弱电场（1伏特量级）控制下改变其取向，从而改变液晶层的光学特性，实现有史以来最省电的平板显示技术，显示出与运算半导体集成电路在功率与电压上直接匹配的现代仪表、计算机的最佳搭档。可以说，没有液晶显示，就不可能有当今信息时代涌现出的笔记本电脑、移动电脑终端、汽车雷达卫星定位系统和多种平板飞机航空仪表。 学 习 要 求 1. 从能量角度认识物质由固态→液态→气态→等离子态的转变。了解等离子态的形成和组成，了解等离子体的应用。 2. 掌握理想气体状态方程及其近似用于实际气体的条件；了解常用气体钢瓶的规定和使用；了解可燃气体的爆炸极限。 3. 了解大气湿度概念和相对湿度的计算。 4. 了解酸雨的成因；掌握酸雨的 pH 范围；理解温室气体和温室效应；理解臭氧层出现空洞的原因、危害和预防措施。 5. 理解气溶胶概念，了解其造成的危害。 气体没有固定形状，但可用压力 (p)、体积 (V) 和温度 (T) 来衡量气体所处的状态。气体的p、V、T 和物质的量 n 之间的定量关系式称为状态方程，在工程计算中很常用。 理想气体状态方程表示为： (2. 7) 理想气体