高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)和化學(xué)反應(yīng)概述

1、高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)和化學(xué)反應(yīng)概述 前言 本課程簡介第一章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第二章 有機(jī)合物和高聚物的基本概念 第三章 烴和碳鏈高聚物第四章 含氧（硫）有機(jī)化合物與雜鏈高聚物第五章 含氮（硅）有機(jī)化合物與雜鏈高聚物第六章 構(gòu)象異構(gòu)和對映異構(gòu)(選講)第七章 雜環(huán)化物(選講)第八章 物理化學(xué)基礎(chǔ)第九章 表面現(xiàn)象與分散體系第十章 高聚物的合成反應(yīng)(選講)第十一章 高聚物的化學(xué)反應(yīng)(選講)目 錄前言 化學(xué)學(xué)科簡介四大化學(xué)有機(jī)化學(xué)無機(jī)化學(xué)物理化學(xué)分析化學(xué)高分子化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)電化學(xué)生物化學(xué)本課程簡介課程組成課程任務(wù)課程目的第一章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律第二節(jié) 分子結(jié)構(gòu)和分子間力、氫鍵第三節(jié) 晶體

2、結(jié)構(gòu)第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律1、構(gòu)成原子的粒子2、構(gòu)成原子的粒子的性質(zhì)3、原子結(jié)構(gòu)模型4、核外電子的特征及表征5、元素周期律原子原子核核外電子質(zhì)子中子1、構(gòu)成原子的粒子2、構(gòu)成原子的粒子的性質(zhì)3、原子結(jié)構(gòu)模型（1）道爾頓模型（1803）（2）湯姆生模型（1904）（3）盧瑟福模型（1911）（4）波爾模型（1913）（5）電子云模型（1935）（1）道爾頓模型（1803）道爾頓認(rèn)為：原子是一個堅(jiān)實(shí)不可分的實(shí)心球。（2）湯姆生模型（1904）湯姆生認(rèn)為：原子上平均分布著正電荷，還鑲嵌著同樣多的帶負(fù)電荷的電子。（3）盧瑟福模型（1911）盧瑟福等人認(rèn)為：原子中，帶正電荷的核位于中心，質(zhì)量主要集

3、中在核上，電子在不同軌道上運(yùn)動。（4）波爾模型（1913）波爾等人認(rèn)為：原子中，帶正電荷的核位于中心，質(zhì)量主要集中在核上，電子在一定軌道上繞核作圓周運(yùn)動。（5）電子云模型（1935）現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說認(rèn)為：設(shè)想核的位置固定，而電子并不是沿固定的軌道運(yùn)動，由于不確定關(guān)系，也不可能同時(shí)測定電子的位置和速度。但我們可以用統(tǒng)計(jì)的方法來判斷電子在核外空間某一區(qū)域出現(xiàn)的機(jī)會(概率)是多少。設(shè)想有一個高速照相機(jī)能攝取電子在某一瞬間的位置。然后在不同瞬間拍攝成千上萬張照片，若分別觀察每一張照片，則它們的位置各不相同，似無規(guī)律可言，但如果把所有的照片疊合在一起看，就明顯地發(fā)現(xiàn)電子的運(yùn)動具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，電子經(jīng)常出現(xiàn)

4、的區(qū)域是在核外的一個球形空間。 4、核外電子的特性和表征特性波粒二象性測不準(zhǔn)及幾率分布表征四個量子數(shù) n，l，m，msPauli 不相容能量最低5、元素周期律（1）核外電子排布周期性（2）原子半徑周期性（3）元素化合價(jià)周期性（4）元素電負(fù)性周期性（1）核外電子排布原子的最外層電子排布123121818882原子的最外層電子排布（2）原子半徑逐漸減小逐漸減小（3）元素化合價(jià)1015410（4）元素電負(fù)性周期性結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素化合價(jià)呈現(xiàn)周期性變化。元素的性質(zhì)隨著元素原子序數(shù)的遞增而呈周期性的變化。這個規(guī)律叫做元素周期律。元素性質(zhì)的周期性變化是元素原子的核外電子排布的周期性變化的必然結(jié)

5、果。第二節(jié) 分子結(jié)構(gòu)和分子間力、氫鍵一、價(jià)鍵理論1 化學(xué)鍵類型2 共價(jià)鍵的概念3 共價(jià)鍵的特征4 共價(jià)鍵的鍵型5.鍵參數(shù)二、分子間力三、氫鍵一、價(jià)鍵理論1、化學(xué)鍵類型化學(xué)鍵共價(jià)鍵金屬鍵極 性 鍵非極性鍵離子鍵2 共價(jià)鍵的概念 Lewis G. N. 在1916年假定化學(xué)鍵所涉及的每一對電子處于兩個相鄰原子之間為其共享，用AB表示.雙鍵和叁鍵相應(yīng)于兩對或三對共享電子. 自旋方向相反的未成對電子互相配對可以形成共價(jià)鍵3 共價(jià)鍵的特征 具有飽和性（是指每種元素的原子能提供用于形成共價(jià)鍵 的軌道數(shù)是一定的） 結(jié)合力的本質(zhì)是電性的 具有方向性（是因?yàn)槊糠N 元素的原子能提供用于形成 共價(jià)鍵的軌道是具有一定

6、的 方向）H Cl例如：H O HN N鍵：重疊軌道的電子云密度沿鍵軸方向的投影為圓形，表明 電子云密度饒鍵軸（原子核之間的連線）對稱. 形象的 稱為“頭碰頭”. 鍵：重疊軌道的電子云密度饒鍵 軸不完全對稱. 形象的稱為 “肩并肩”.4 共價(jià)鍵的鍵型 由于共價(jià)鍵在形成時(shí)各個原子提供的軌道類型不同，所以形成的共價(jià)鍵的鍵型也有不同. 例如：有 鍵， 鍵和 鍵等.本章只要求熟知前兩種.5.鍵參數(shù) （1）鍵能E 以能量標(biāo)志化學(xué)鍵強(qiáng)弱的物理量稱鍵能(bond energy)。（2）鍵長l 分子中兩原子核間的平均距離稱為鍵長(bond length)。 （3）鍵角 分子中鍵與鍵之間的夾角稱為鍵角(bond

7、 angle)。 產(chǎn)生偶極的分子為極性分子;不產(chǎn)生偶極的分子為非極性分子。 偶極矩是表示分子電荷頒布情況的一個物理量。1 分子的極性和偶極矩 二、 分子間作用力= q d 偶極矩單位：C m(庫米)，具體方向性，偶矩極是否為零表明分子幾何構(gòu)型是否對稱2 分子間作用力（1）取向力 這是指極性分子和極性分子之間的作用力。極性分子是一種偶極子，它們具有正負(fù) 兩極。當(dāng)兩個極性分子相互靠近時(shí)，同極排斥，異極相吸，使分子按一定的取向排列,如圖。從而使化合物處于一種比較穩(wěn)定的狀態(tài)。這種固有偶極子之間的靜電引力叫做取向力（又稱定向力或偶極力）。 （2）誘導(dǎo)力 這是發(fā)生在極性分子和非極性分子之間以及極性分子和極

8、性分子之間的作用力。當(dāng)極性分子與非極性分子相遇時(shí)，極性分子的固有偶極所產(chǎn)生的電場，使非極性分子電子云變形（即電子云偏向極性分子偶極的正極），結(jié)果使非極性分子正、負(fù)電荷重心不再重合，從而形成誘導(dǎo)偶極子，如圖。 (3) 色散力 指分子的瞬間偶極與瞬間誘導(dǎo)偶極之間的作用力，也叫倫敦力(London force). 通常情況下非極性分子的正電荷重心與負(fù)電荷重心重合，但原子核和電子的運(yùn)動可導(dǎo)致電荷重心瞬間分離，從而產(chǎn)生瞬間偶極.瞬間偶極又使鄰近的另一非極性分子產(chǎn)生瞬間誘導(dǎo)偶極，不難想像，兩種偶極處于異極相鄰狀態(tài) .(a)(b) 永遠(yuǎn)存在于分子或原子間 吸引力，作用能比化學(xué)鍵小12個數(shù)量級 沒有方向性和飽

9、和性 作用范圍只有幾個pm 三種力中主要是色散力3 范德華力的本質(zhì)極極：取向力、誘導(dǎo)力、色散力極非極：誘導(dǎo)力、色散力非極非極：色散力 這種方向與富電子氫化物中孤對電子占據(jù)的軌道在空間的伸展方向有關(guān). 氫鍵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 現(xiàn)代結(jié)構(gòu)研究證明，大部分物質(zhì)氫鍵中的 角并不是180Represent of hydrogen bond HXYRrd三、氫鍵氫鍵的本質(zhì)化合物中存在“H”、還必須存在具有孤對電子的元素大部分帶有“H”的化合物都具有氫鍵作用，只不過氫鍵 作用力很小，如果另一元素的電負(fù)性較小，氫鍵幾乎可 以忽略不計(jì)。大部分的有機(jī)化合物分子之間都存在氫鍵作用。 有非對稱和對稱之分 有強(qiáng)弱之分（與元素的電

10、負(fù)性有關(guān)） 有分子內(nèi)和分子間之分 氫鍵的類型 氫鍵對化合物性質(zhì)的影響 m.p.，b.p. 粘度 酸性 化學(xué)反應(yīng)性Na+ O-CCO Na+ OH OO H O氫鍵REVIEW原子結(jié)構(gòu)和元素周期律一、原子組成：電子、質(zhì)子、中子 原子序數(shù)=核電荷數(shù)=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù) 質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)二、原子核外電子的運(yùn)動狀態(tài) 1. 原子模型的發(fā)展電子云模型 2. 核外電子的運(yùn)動狀態(tài)(排布情況) (1)電子層(n)表示的是電子離核的距離 (2)電子亞層和電子云形狀(l=0，1n-1) 表示的是電子層再被細(xì)分為一個或者幾個不同的分層 (3)電子云的伸展方向(m) 不同亞層有不同的伸展方向，s(1種)；p(

11、3種)；d(5種) (4)自旋方向(ms)只有兩種，1/2 3. 原子核外排布的原理 (1)pauli 不相容原理 (2)能量最低原理 (3)Hunt 原理三、元素周期律 1. 原子半徑周期律 2. 電離能周期律 3. 電子親和能周期律 4. 電負(fù)性周期律 化學(xué)鍵一、化學(xué)鍵的種類離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵二、共價(jià)鍵的特性飽和性方向性三、共價(jià)鍵的類型 鍵 鍵四、共價(jià)鍵的參數(shù)鍵能E鍵長l鍵角五、雜化軌道理論雜化軌道理論的基本要點(diǎn)：(1)同一原子中能量相近的原子軌道之間可以通過疊加混雜， 形成成鍵能力更強(qiáng)的新軌道，即為雜化軌道。(2)原子軌道雜化時(shí)，一般使成對電子激發(fā)到空軌道而成單電子， 其所需的能量完

12、全由成鍵時(shí)放出的能量予以補(bǔ)償。(3)一定數(shù)目的原子軌道雜化后可得數(shù)目相同、能量相等的各雜化軌道。2. 雜化軌道的類型sp雜化Sp2雜化Sp3雜化分子間作用力和氫鍵一、分子間作用力范德華力極性分子極性分子極性分子非極性分子非極性分子非極性分子二、氫鍵本質(zhì)有H和帶孤對電子的電負(fù)電性大的原子有分子內(nèi)與分子間之分，有強(qiáng)弱之分，有方向性和飽和性一般來說：化學(xué)鍵氫鍵范德華力一、晶體結(jié)構(gòu)的特征與晶格理論 1.晶體結(jié)構(gòu)的特征 2.晶體類別 二、離子晶體 三、分子晶體 四、原子晶體 五、金屬晶體 第三節(jié) 晶體結(jié)構(gòu)固體物質(zhì)按其中原子排列的有序程度不同可分為晶體 (crystal)無定形物質(zhì)(amorphous s

13、olid)單晶體 (monocrystal)多晶體 (polycrystal)一、晶體結(jié)構(gòu)的特征與晶格理論 1、 晶體的特征2.晶格類別七個晶系 十四種晶格 簡單立方、體 心立方、面心立方、正交、體心正交、底心正交、面心正交四方、體心四方、單斜、底心單斜、三方、六方、三斜二、離子晶體定義： 占據(jù)晶體質(zhì)點(diǎn)的是離子。特點(diǎn)： 離子晶體一般硬度較高，密度較大，難于壓縮，難于揮發(fā)，有較高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)。常見離子晶體：NaCl、ZnS等(備注：大部分化學(xué)鍵為離子鍵的晶體)三、分子晶體 定義：在分子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)(質(zhì)點(diǎn)）上排列著分子（極性分子或非極性分子），這些分子通過分子間作用力相結(jié)合（在某些極性分子間還存在著氫鍵）。特點(diǎn)：由于分子間力比化學(xué)鍵要小得多，因此分子晶體的熔點(diǎn)和硬度都很低，它們不易導(dǎo)電。常見的分子晶體：如固態(tài)的HCl、NH3、N2、CO2（干冰）等都是分子晶體。(備注：一般是范德華力存在的晶體。大部分有機(jī)化合物） 四、原子晶體 在原子晶體中的晶格結(jié)點(diǎn)上排列著一個個中性原子，原子間是以強(qiáng)大的共價(jià)鍵相結(jié)合，組成一個由“無限”數(shù)目的原子構(gòu)成的