專升本個人自制-工程化學第二章上

1第二章物質(zhì)的化學組成和聚集狀態(tài)《工程化學基礎(chǔ)》2內(nèi)容提要

物質(zhì)是由原子、離子、分子等原子結(jié)合態(tài)單元組成的，根據(jù)組成物質(zhì)元素的種類的不同，可以將物質(zhì)分為無機物和有機物兩大類。進一步劃分，它們又可分成單質(zhì)、簡單化合物、配合物、高分子化合物、金屬有機化合物等。原子、分子及其結(jié)合態(tài)單元因其所處條件不同，在一定條件下，它們可以聚集成固體、液體和氣體等宏觀狀態(tài)，表現(xiàn)出不同的性質(zhì)、功能和用途。3目錄2.1物質(zhì)的化學組成2.2固體2.3液體和液晶2.4氣體和等離子體42.1物質(zhì)的化學組成

學習要求1.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式。

2.認識物質(zhì)化學組成的復(fù)雜性，了解C60

等團簇和α–Si:H，F(xiàn)e3C等非整比化合物、不符合正常化合價規(guī)則的物質(zhì)的存在及其工程應(yīng)用。

3.認識金屬有機化合物，明確M–C–C鍵和M–O–C鍵的鍵能大小，了解其工程應(yīng)用。

4.了解蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的化學組成，能分別寫出2~3種堿基、氨基酸的化學式，理解DNA、RNA、蛋白質(zhì)在遺傳信息傳遞過程中的作用，了解生物大分子的應(yīng)用和開發(fā)前景。

5.理解物質(zhì)的化學組成和結(jié)構(gòu)是決定其性能和應(yīng)用的基礎(chǔ)。5物質(zhì)實物場（能量）無機物有機物單質(zhì)及簡單化合物(氧化物、酸、堿、鹽)復(fù)雜化合物(配合物、團簇、超分子)無機高分子(無機固體材料等)簡單化合物(烴及其衍生物、醇、醛、羧酸、酯等)有機高分子天然高分子(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)金屬有機物物質(zhì)的分類可降解塑料6

配合物是以金屬正離子(或中性原子)作為中心，有若干個負離子或中性分子按一定的空間位置排列在其周圍形成的復(fù)雜化合物。

英語中稱做：CoordinationCompound，或ComplexCompound，意為“協(xié)同化合物”或“復(fù)雜化合物”。譯成“配合物”或“絡(luò)合物”。定義一、配位化合物7[Pt

(NH3)4(NO2)Cl]CO3中心離子內(nèi)界(配離子)外界K4[Pt

Cl6

]外界內(nèi)界(配離子)配體中心離子配位原子配體基本概念8配位化合物的命名H2[Zn(OH)2C12]二氯二羥合鋅(Ⅱ)酸Na2[MgY]乙二胺四乙酸合鎂(Ⅱ)酸鈉K4[PtCl6]六氯合鉑(Ⅱ)酸鉀K2[HgI4]四碘合汞(Ⅱ)酸鉀[Co(NH3)3(H2O)C12]Cl氯化二氯·一水·三氨合鈷(Ⅲ)[Cu(NH3)2(CH3COO)]Cl氯化乙酸根·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[CaY]2–配離子多齒配體與螯合物螯合物的穩(wěn)定性很強是因為螯合效應(yīng)的結(jié)果。圖2-1螯合物作用示意圖螯合物的穩(wěn)定性很強10反式-二氯·二氨合鉑(Ⅱ)順式-二氯·二氨合鉑(Ⅱ)例如具有抗癌活性無活性配合物的結(jié)構(gòu)與性能

具有相同化學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。11

團簇是指由幾個至上千個原子、分子或其結(jié)合態(tài)粒子聚集而成的相對穩(wěn)定的介觀聚集體。對它們的研究是在20世紀80年代后迅速發(fā)展起來的。團簇的空間尺度在納米(10–9m)量級左右。二、團簇有金屬簇，如Lin，Cun，Hgn；非金屬簇，如Cn，Nn，Arn；分子簇，如(H2O)n，(NaCl)n

等。例如，常規(guī)Fe，Co和Ni等是鐵磁性的，但它們的團簇可以是超順磁性的；順磁性的Na和K等的團簇卻是鐵磁性的。團簇是許多納米材料的基礎(chǔ)。12圖2-2

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

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。C60

是1985年發(fā)現(xiàn)的。(a)金剛石(b)石墨碳團簇13

球碳團簇及其衍生物在超導(dǎo)電性、半導(dǎo)體、非線性光學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18K，30K，31.3K，45K和48K。美國化學家R.E.Smalley，R.F.Curl和英國化學家H.W.Kroto因?qū)﹂_拓這個新領(lǐng)域的貢獻榮獲1996年諾貝爾化學獎。CsC60H.W.克魯托

HaroldW.KrotoR.E.史沫萊

RichardE.SmalleyR.F.柯爾

RobertF.Curl發(fā)現(xiàn)C60的三位科學家14碳納米管1991年發(fā)現(xiàn)了碳納米管，也稱“布基管”。碳納米管是一種由單層或多層石墨卷成的納米微管，多層碳管各層之間的間隔為石墨的層間距。碳管兩頭可以是空的，也可被半個C60

或更大的球碳所封閉。外部直徑只有幾到幾十納米。這樣的材料很輕，但很結(jié)實。它的密度是鋼的1/6，而強度卻是鋼的100倍。用這樣輕而柔軟、又非常結(jié)實的材料做防彈背心是最好不過的了。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。中國科學院納米科技網(wǎng)圖2-3碳納米管的結(jié)構(gòu)示意圖15

碳納米管可以是不同禁帶寬度的半導(dǎo)體，也可以是準一維導(dǎo)體。碳納米管可以用于未來電子工業(yè)制造電子器件和超薄導(dǎo)線，使電子芯片集成度更高，體積更小。碳納米管的細尖極易發(fā)射電子。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。碳納米管潛在的應(yīng)用前景16

約簡后，其原子數(shù)目不成整數(shù)比，這類化合物稱為非整比化合物。金屬間化合物碳化物Fe3C，Mn7C3氮化物Fe2N，F(xiàn)e4N等各元素均不符合正常化合價規(guī)則又如：LaH2.76，F(xiàn)e1–xO，Sn1+xO2，PbO1.88三、非整比化合物17陽離子過剩（或陰離子短缺）的化合物：

Zn1+xO，NaCl1–x；

由混雜缺陷產(chǎn)生的非整比化合物，如Na1–2xCaxCl，Ca1–xYxF2+x，Zr1–xCaxO2–x，LixSi1–xAlO2等。晶體缺陷是形成非整比化合物的重要原因陽離子短缺（或陰離子過剩）的化合物：

Cd1–xS，UO2+x；18

非整比化合物等在材料中十分重要，可以控制或改善無機固體材料的光、電、聲、磁、熱、力學等性質(zhì)。

發(fā)光二極管材料：GaAs1–xPx，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、綠粉和藍粉：Y2O2S:Eu3+，Y2O2S:Tb3+，(Ca,Sr)10(PO4)6C12:Eu3+。“黑漆”古銅鏡表面耐磨物質(zhì)：Sn1-xCuxO2

。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、綠投影管專用發(fā)光材料生產(chǎn)線。上述各類材料體系可根據(jù)用戶不同用途及要求選擇合成，發(fā)光顏色主體為紅、藍、綠等過渡色。上海科潤光電材料有限公司發(fā)光材料樣品20

非晶氫化硅α–Si∶H是信息、電子工業(yè)中經(jīng)常用到的半導(dǎo)體材料錄音磁頭合金：(Co0.90Fe0.06Ni0.02Nb0.02)78Si22–xBx

計算機儲存元件：(GdCo，GdFe)，一種非晶態(tài)材料高溫超導(dǎo)體：YnBa2CumO7~8∶La1–nLim–3Ba0.88Pb0.88Ca0.04TiO3

陶瓷廣泛用于超聲加工聲納、水聽器等壓電陶瓷：Pb1–xLax(ZryTi1–y)1–x/4O3形狀記憶合金：Ti50Ni21

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，它們代表著物質(zhì)形成的兩種方式，各自發(fā)揮著自己的作用。22

由金屬原子和有機基團中碳原子鍵合而成，含金屬–碳鍵（M–C）的化合物稱金屬有機化合物，如(C2H5)2Zn，C6H5Ti(OC3H7)3，(C2H5)4Pb，RMgX（R為烷基，X為鹵素）。金屬有機化合物大體分三類：(1)離子型化合物(2)σ鍵化合物(3)非經(jīng)典鍵化合物如：Cr(C6H6)2，F(xiàn)e(C5H5)2（二茂鐵），

[K+(PdCl3CH2=CH2)–]四、金屬有機化合物23(1)離子型化合物。堿金屬和堿土金屬所形成的烴基化合物多為離子型，其通式為RM，R2M，具有離子化合物的典型特征，可以看作烴R-H的鹽類。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。(2)σ鍵化合物。第IIIA~VIIA族和第IB，IIB族元素與有機基團主要以σ共價鍵結(jié)合形成化合物，如R2Hg，(C2H5)4Pb，(CH3)3SnCl等。具有揮發(fā)性，對空氣穩(wěn)定，一般溶于非極性溶劑。(3)非經(jīng)典鍵化合物。包括由過渡元素與不飽和基團通過金屬軌道和π電子之間相互作用而生成的π配合物，如Cr(C6H6)2，F(xiàn)e(C5H5)2（二茂鐵），[K+(PdCl3CH2=CH2)–]；過渡元素與羰基等配合形成同時含σ鍵和π鍵的金屬有機化合物，如羰基金屬M(CO)n

等。24

另外，還有多中心鍵型金屬有機化合物，如含橋連烷基的[Al(CH3)2C6H5]2，[Be(CH3)2]n，多核羰基金屬化合物[Mx(CO)y]等。事實上，周期表中除惰性氣體以外的絕大多數(shù)元素都可以與有機基團中的碳以各種方式結(jié)合，硼、磷、砷和硅等的有機化合物一般也包括在金屬有機化合物范圍之內(nèi)；對過渡金屬，可形成M–O，M–S，M–P或M–N鍵，如Pd(PPh3)4（Ph指苯基），Al(OC3H7)3

等，也常劃為金屬有機化合物。所以金屬有機的范圍在不斷擴大，也說明科學和人的認識都是不斷發(fā)展的。25

金屬有機化合物是電子、光學、磁性等功能材料、超純材料和精細陶瓷等許多工業(yè)加工中的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。金屬鎳粉與CO反應(yīng)得到液態(tài)Ni(CO)4，在稍高溫度下分解便得到純鎳。金屬有機化合物應(yīng)用實例26M–C鍵能<C–C鍵能，容易在M–C處斷裂。能沉積成高附著性的金屬膜。例如三丁基鋁Al(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。C–O鍵能<M–O鍵能，因此易在C–O鍵處斷裂，沉積出金屬的氧化物：2Al(OC3H7)3Al2O3

＋

6C3H6

＋

3H2O

420℃Si(OC2H5)4SiO2

＋

H2O＋

[C–H](碳氫化合物)700℃化學氣相沉積（ChemicalVaporDeposition，CVD）27

高分子化合物，簡稱高分子，又稱高聚物，它的相對分子質(zhì)量高達幾千甚至幾百萬。五、高分子化合物世界上第一個合成高分子是1907年誕生的酚醛樹脂。無機高分子有機高分子天然高分子纖維素、蛋白質(zhì)、淀粉、木質(zhì)素合成高分子可降解塑料28例如：聚氯乙烯的分子是由許多氯乙烯加聚結(jié)合而成：單體鏈節(jié)多分散性：高分子化合物相對分子質(zhì)量大小不等的現(xiàn)象聚合物聚合度加成聚合與縮合聚合

簡寫：聚合29nH2N(CH2)6NH2己二酸己二胺nHOOC(CH2)4COOH+(2n–1)H2O聚酰胺–66或尼龍–66]nOH+又如，聚酰胺–66（尼龍–66）由己二胺和己二酸為單體經(jīng)過縮聚反應(yīng)制得：H[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO聚合度為2n

聚合度是以鏈節(jié)數(shù)來計量的在聚酰胺化學式中，名稱后的第一個數(shù)字“6”指二元胺的碳原子數(shù)，第二個數(shù)字“6”指二元酸的碳原子數(shù)。30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。元素有機高分子化合物高分子化合物的分類31表2.1一些高分子化合物及其單體

名稱化學式

單體聚乙烯CH2＝CH2聚丙烯CH3CH＝CH2

聚氯乙烯ClCH＝CH2

聚苯乙烯聚四氟乙烯CF2＝CF2

聚異戊二烯

CH2＝C—CH＝CH2CH3

32名稱化學式

單體聚酰胺H2N(CH2)6NH2HOOC(CH2)4COOH

聚甲基丙烯酸甲酯聚環(huán)氧乙烷聚丙烯腈CH2＝CHCNNH(CH2)5C=OCH2＝C—COOCH3CH3CH2—CH2O33名稱化學式單體聚丙烯酰胺聚對苯二甲酸乙二(醇)酯HOCH2CH2OH

酚醛樹脂HCHO

，聚二甲基硅氧烷34名稱ABS化學式單體CH2＝CHCN，CH2＝CH—CH＝CH2，

35高分子化合物的命名(4)有時還以高分子化合物的主要用途或最初用途表示命名，屬習慣名稱或商品名稱，如乙烯-丙烯共聚物稱乙丙橡膠，聚酰胺高聚物稱尼龍或錦綸。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。(2)在單體后面加“樹脂”，曾表示樹上流出的脂，多為天然高分子化合物，現(xiàn)在也將某些合成高分子化合物稱作“樹脂”，如酚醛樹脂，脲醛樹脂，環(huán)氧樹脂，聚氯乙烯樹脂等。(3)英文縮寫，如ABS是以其單體丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)英文名稱的第一個字母大寫組合來表示；PE是聚乙烯(Polyethylene)的英文縮寫。36表2.2一些常見高分子化合物的名稱高分子材料化學名稱習慣名稱或商品名稱英文名稱英文縮寫塑料聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚苯乙烯丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物聚乙烯，乙綸聚丙烯，丙綸聚氯乙烯，氯綸聚苯乙烯腈丁苯共聚物PolyethylenePolypropylenePoly(vinylchloride)PolystyreneAcrylonitrile-butadiene-styrenecopolymerPEPPPVCPSABS纖維聚對苯二甲酸乙二(醇)酯聚己二酰己二胺

聚丙烯腈聚乙烯醇縮乙醛滌綸，的確良錦綸—66或尼龍—66腈綸維綸Poly(ethyleneterephthalate)Poly(hexamethyleneadipamide),

PolyacrylonitrilePoly(vinylacetal)PETPPA

PANPVA橡膠丁二烯—苯乙烯共聚物順聚丁二烯順聚異戊二烯乙烯—丙烯共聚物丁苯橡膠順丁橡膠異戊橡膠乙丙橡膠Butadiene-styrenerubbercis-1,4-Polybutadienerubbercis-1,4-PolyisoprenerubberEthylene-propylenerubberSBRBRIREPR37

構(gòu)成生命體的物質(zhì)種類很多，有脂、維生素、激素、血紅素、葉綠素等生物小分子，有蛋白質(zhì)、核酸、糖類等生物大分子。六、自由基和生物大分子38原子分子離子自由基H2O21.自由基39

蛋白質(zhì)分子是一條或多條多肽鏈構(gòu)成的生物大分子，相對分子質(zhì)量可從一萬到數(shù)百萬。多肽鏈由氨基酸通過肽鍵（酰胺鍵，—CO—NH—）共價連接而成，各種多肽鏈都有自己特定的氨基酸順序。2.蛋白質(zhì)40

人體細胞含有3000至10000種以上的蛋白質(zhì)，人體蛋白質(zhì)由20種氨基酸組成。除脯氨酸外，其它19種均是α-碳上有一個氨基(–NH2)的有機羧酸（α-氨基酸）。氨基酸結(jié)構(gòu)通式：R–CH(NH2)COOH最簡單的氨基酸是甘氨酸氨基酸可分為脂肪族、芳香族和雜環(huán)族三類41序號中文名英文名

R基團的結(jié)構(gòu)1甘氨酸Gly2丙氨酸Ala3絲氨酸Ser

4半胱氨酸Cys5蘇氨酸*Thr—CH(OH)CH36纈氨酸*Val

—CH(CH3)27亮氨酸*Leu—CH2CH(CH3)28異亮氨酸*Ile—CH(CH3)CH2CH39蛋氨酸*Met—CH2CH2SCH310賴氨酸*Lys—CH2CH2CH2CH2NH2表2.320種氨基酸的名稱和結(jié)構(gòu)42序號中文名英文名

R基團的結(jié)構(gòu)11色氨酸*Trp12酪氨酸Tyr13天冬氨酸Asp14天冬酰胺Asn15苯丙氨酸*Phe16

精氨酸*Arg17谷氨酸Glu18谷氨酰胺Gln19組氨酸*His20脯氨酸PrO續(xù)表表中帶*者為人體必需氨基酸43圖2-4L-和D-構(gòu)型的α-氨基酸L-構(gòu)型D-構(gòu)型44

除甘氨酸外，其余19種氨基酸的α-碳原子都與4個不相同的基團相連。這種結(jié)構(gòu)的的化合物在空間有兩種不同的排布：

這兩種不同的排布化合物不能重疊，它們之間的關(guān)系就像實物和鏡像、左手和右手的關(guān)系。手性分子45

生物界1010～1012

數(shù)量級的蛋白質(zhì)種類中，有些完全由氨基酸組成，這是簡單蛋白質(zhì)；有些除蛋白質(zhì)外，還有被稱為輔基或配基的非蛋白質(zhì)成分，這是結(jié)合蛋白質(zhì)。46蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)又叫蛋白質(zhì)的構(gòu)象、高級結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)等，指的是蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間中的排布。

維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的化學鍵有：氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、vanderWaals力和二硫鍵。

蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)主要包括蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。47在α-螺

旋結(jié)構(gòu)中，

多肽鏈中各肽鍵平面通過

α-碳原子的旋轉(zhuǎn)，圍繞中心軸形成一種緊密螺旋盤曲構(gòu)象。絕大多數(shù)蛋白質(zhì)分子中所存在的α-螺旋幾乎都是右手螺旋。48α-螺旋的四種表示方法因解釋困難，圖片已被刪除。49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。

蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（tertiarystructuer）是指蛋白質(zhì)（主要指球狀蛋白）分子在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進一步卷曲、折疊而構(gòu)成的一種不規(guī)則的、特定的、更復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。無規(guī)卷曲α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角503.核酸

核酸因首先發(fā)現(xiàn)于細胞核并且具有酸性而得名。核酸是信息分子，擔負著遺傳信息的儲存、傳遞及功能表達。核酸分為脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)兩類。DNA主要集中在細胞核內(nèi)，RNA主要分布在細胞質(zhì)中。它們由磷酸、脫氧核糖或核糖、有機堿組成。DNA和RNA之間主要是戊醛糖和嘧啶堿有區(qū)別。51

核酸組成DNARNA酸H3PO4H3PO4戊醛糖含氮有機堿嘌呤堿嘧啶堿腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)脫氧核糖

核糖DNA和RNA的組成單元52在DNA分子中存在

4種脫氧核糖核苷，其結(jié)構(gòu)如下：(脫氧胞苷)(脫氧胸苷)(脫氧腺苷)(脫氧鳥苷)胞嘧啶脫氧核苷胸腺嘧啶脫氧核苷腺嘌呤脫氧核苷鳥嘌呤脫氧核苷53蛋白質(zhì)反轉(zhuǎn)錄(酶)轉(zhuǎn)錄(酶)(酶)復(fù)制(酶)復(fù)制轉(zhuǎn)譯(酶)圖2-7

“中心法則”示意圖

核酸是遺傳信息的攜帶者與傳遞者。生物體的遺傳信息以特定的核苷酸排列順序，似密碼的形式排列在DNA分子上，并通過DNA的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的生長發(fā)育過程中，遺傳信息自DNA轉(zhuǎn)錄給RNA，然后翻譯成特異的蛋白質(zhì)，以執(zhí)行各種生命功能。這就是所謂的遺傳信息傳遞的中心法則。中心法則54

基因是一個特定的DNA片段，通常有1000~5000個堿基對，一個DNA分子可以含有多達上萬個基因，人體的46條染色體大約含100萬個基因。人類基因組計劃的核心就是要測定人類基因組的全部DNA序列，從而獲得人類全面認識自我的最重要的生物信息。基因55

基因芯片的檢測速度之所以這么快，主要是因為基因芯片上有成千上萬個微凝膠，可進行并行檢測；同時，由于微凝膠是三維立體的，它相當于提供了一個三維檢測平臺，能固定住蛋白質(zhì)和DNA并進行分析。內(nèi)嵌基因芯片的基因檢測裝置

基因芯片，又稱DNA芯片，與計算機芯片非常相似，只是高度集成的不是半導(dǎo)體管，而是成千上萬的網(wǎng)格狀密集排列的基因探針。每個基因探針包含著由若干個核苷酸組成的DNA片段。目前已經(jīng)可以在一枚郵票大小的基因芯片上布滿40~100萬種基因探針，根據(jù)堿基互補配對原則捕捉相應(yīng)的DNA，從而對遺傳物質(zhì)進行分子檢測。這是一種革命性的新方法、新工具。基因芯片56

基因工程從狹義上理解就是指DNA重組技術(shù)，即提取或合成不同生物的遺傳物質(zhì)(DNA)，在體外切割、拼接和重新組合，然后通過載體將重組的DNA分子引入受體細胞，使重組DNA在受體細胞中得以復(fù)制與表達?；蚬こ?/p>

例如，作為人類主要食物的谷類作物含有大量糖類，而人體所必需的蛋白質(zhì)、氨基酸與維生素的含量卻很少。有些微生物可以產(chǎn)生這些物質(zhì)，用大規(guī)模發(fā)酵的方法培養(yǎng)微生物，進而提取這些物質(zhì)，就可以進行工業(yè)化生產(chǎn)。采用DNA重組及細胞融合等技術(shù)改造了蘇氨酸、色氨酸、賴氨酸等氨基酸的生產(chǎn)菌，與原始菌株相比，氨基酸的含量提高了幾十倍，且生產(chǎn)成本下降?；蚬こ痰闹苯幽康木褪歉脑焐?。574.糖類

糖類主要由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。從化學結(jié)構(gòu)上看，糖類物質(zhì)是含多羥基的醛或酮及其衍生物。這類物質(zhì)是生物體基本營養(yǎng)物質(zhì)的重要成分。糖類物質(zhì)由植物光合作用合成：nH2O+nCO2Cn(H2O)n

+nO2光葉綠素

糖類通過生物氧化釋放出能量，以滿足生命活動的能量需要。如葡萄糖的氧化反應(yīng)：C6H12O6

＋6O2→6H2O＋6CO258糖類常分三類：(1)單糖(2)低聚糖或寡糖(3)多糖糖的分類59(1)單糖D-己醛糖的構(gòu)型阿洛糖阿卓糖葡萄糖甘露糖古羅糖艾杜糖半乳糖塔羅糖60果糖單體葡萄糖單體(2)低聚糖或寡糖蔗糖(雙糖)果糖單體能水解成2~10個單糖。蔗糖、乳糖和麥芽糖都是二糖。61

淀粉是麥芽糖的高聚體，徹底水解后得到葡萄糖。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。大米中含有淀粉62%~86%，麥子中含57%~75%，玉米中含65%~72%，馬鈴薯中含12%~14%。淀粉遇水可水解成為糊精的混合物。糊精可用作食品添加劑、膠水、漿糊，并用于藥品、紙張和紡織品的制造等。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。(3)多糖

能水解成10個以上的單糖。如植物體內(nèi)的淀粉、纖維素，動物體內(nèi)的糖原、甲殼素等。多糖廣泛存在于自然界，是一類聚合度不同的天然高分子化合物。多糖沒有甜味，一般不溶于水。與生物體關(guān)系最密切的多糖是淀粉、糖原和纖維素。62

糖原又稱動物淀粉，是動物的能量儲存庫。糖原呈無定型無色粉末，較易溶于熱水形成膠體溶液。糖原在動物的肝臟和肌肉中含量最大。當動物血液中葡萄糖含量較高時，就會結(jié)合成糖原儲存于肝臟中，當葡萄糖含量降低時，糖原就分解成葡萄糖而供給機體能量。糖原63

纖維素是自然界中最豐富的多糖。棉花中纖維素含量為97%~99%，木材中為50%，亞麻中為80%，玉米莖中為30%。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。這些纖維束擰在一起形成繩狀結(jié)構(gòu)，具有良好的機械強度和化學穩(wěn)定性。纖維素不僅不溶于水，甚至不溶于稀的酸或堿，但能在濃酸的水解作用下而生成葡萄糖，與濃堿作用生成纖維素堿。人體中由于缺乏具有分解纖維素所必需的酶，因此纖維素一般不能為人體所利用，不能成為人類的主要食品。纖維素是植物支撐組織的基礎(chǔ)，是植物細胞壁的主要成分；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。纖維素64α

式β

式淀粉纖維652.2固體1.了解晶體、非晶體概況，理解各類晶體名稱、晶格結(jié)點上粒子及其作用力、熔點、硬度、延展性、導(dǎo)電性的不同。

2.了解耐高溫、易熔金屬實例及應(yīng)用，理解過渡元素、稀土元素及碘化物，氮化硼、硅酸鹽組成元素間的作用力及應(yīng)用。

3.理解非晶態(tài)高分子化合物的三種物理狀態(tài)及成因，理解玻璃化溫度、黏流化溫度的意義及應(yīng)用，了解α–Si:H的應(yīng)用。

4.聯(lián)系活性炭、分子篩等實例，理解固體吸附劑的表面組成特點及功用。

5.了解固體廢棄物的產(chǎn)生、危害和資源化途徑。學習要求66

固體即固態(tài)系統(tǒng)。習慣上稱系統(tǒng)為體系，故有固體這個術(shù)語。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。晶體非晶體67圖2-8晶格及晶胞(a)(b)(c)等徑圓球密堆積晶格或點陣晶胞一、晶體68視頻素材：2，10原子排列69十二面體鉆石晶體鉆石及其母巖

如果能用一個空間點陣圖形貫穿整個晶體，則這個晶體就叫單晶體。如自然界存在的金剛石、人工制備的單晶硅、鍺等。單晶體702003年10月7日，在倫敦索思比拍賣行，一名工作人員在展示一顆大D色級的鉆石，這枚鉆石將會在2003年11月20日在日內(nèi)瓦進行拍賣，預(yù)計起拍價會在500和600萬英磅(800萬-1000萬美元)

之間。人民網(wǎng)2003年10月08日天價鉆石71硅單晶72

一般的固體材料不能用一個空間點陣圖形貫穿，它們稱為多晶體。多晶體73

按晶格結(jié)點上微粒的種類、組成及其粒子間相互作用力的不同，晶體可分為：離子晶體分子晶體原子晶體金屬晶體過渡型晶體混合型晶體741.離子晶體

離子晶體的晶格結(jié)點上交替排列著正、負離子，靠離子鍵結(jié)合。

離子晶體有較高的熔點、較大的硬度、較脆。在熔融狀態(tài)或在水溶液中具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，但在固體狀態(tài)時幾乎不導(dǎo)電。Na+Cl-圖2-9NaCl離子晶體75視頻素材：2，14-NaCl晶體結(jié)構(gòu)76表2.5KF、NaF、CaF2和CaO晶體離子間作用力及其熔點變化規(guī)律物質(zhì)KFNaFCaF2CaO離子的電荷+1－1≈+1－1<＋2－1<＋2－2

離子半徑/nm0.1330.1330.0970.1330.0990.1330.0990.132

離子半徑之和/nm0.266>0.230≈0.232≈0.231離子間的作用

增大熔點/℃8579921392257077硫酸銅紫外光濾光片硫酸鎳紫外光濾光片782.分子晶體

分子晶體的晶格結(jié)點上排列著極性分子或非極性分子，分子間以范德華力(分子間力)或氫鍵相結(jié)合。屬于分子晶體的物質(zhì)一般為非金屬元素組成的共價化合物，如SiF4，SiCl4，SiBr4，SiI4，H2O，CO2，I2

等。CO2

分子晶體(干冰)如圖2-10

所示。79圖2-10CO2分子晶體