化學(xué)與人類課件

第二講化學(xué)與能源

1能源的發(fā)展史2能源的分類和能量的轉(zhuǎn)化3常規(guī)能源簡介4未來的能源第一節(jié)能源的發(fā)展史

能源、材料和信息被稱為人類社會發(fā)展的三大支柱。根據(jù)各個歷史階段所使用的主要能源；可以分為柴草時期、煤炭時期和石油時期。

柴草時期從火的發(fā)現(xiàn)到18世紀產(chǎn)業(yè)革命期間

煤炭時期煤炭的開采始于13世紀，而大規(guī)模開采并使其成為世界的主要能源則是18世紀中葉的事了。

石油時期

第二次世界大戰(zhàn)之后，在美國、中東、北非等地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了大油田及伴生的天然氣，每噸原油產(chǎn)生的熱量比每噸煤高一倍。二十世紀60年代初期，在世界能源消費統(tǒng)計表里，石油和天然氣的消耗比例開始超過煤炭而居首位。我國能源的結(jié)構(gòu)以煤炭為主的狀況可能還要延續(xù)相當?shù)臅r間。

第二節(jié)能源的分類和能量的轉(zhuǎn)化

按其來源可以分為三大類：一是來自地球以外的太陽能，除太陽的輻射能之外，煤炭、石油、天然氣、水能、風(fēng)能等都間接來自太陽能；第二類來自地球本身，如地熱能，原子核能(核燃料鈾、釷等存在于地球自然界);第三類則是由月球、太陽等天體對地球的引力而產(chǎn)生的能量，如潮汐能。

一次能源指在自然界現(xiàn)成存在，可以直接取得且不必改變其基本形態(tài)的能源。

常規(guī)能源也叫傳統(tǒng)能源，就是指已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛利用的能源。

新能源指以新技術(shù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)開發(fā)利用的能源。

能源的利用，其實就是能量的轉(zhuǎn)化過程。柴草、煤炭、石油和天然氣等常用能源所提供的能量都是隨化學(xué)變化而產(chǎn)生的，多種新能源的利用也與化學(xué)變化有關(guān)。

第三節(jié)常規(guī)能源簡介

1煤炭及其綜合利用按現(xiàn)在的開采速度，煤只能用幾百年。煤的綜合利用：煤的氣化

:煤的氣化過程生成的H2，CO，CH4是可燃氣體，也是重要的化工原料。煤的焦化

:煤分解生成固態(tài)的焦炭、液態(tài)的煤焦油和氣態(tài)的焦爐氣。

隨加熱溫度不同，產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量都不同，有低溫(500～600℃)、中溫(750～800℃)和高溫(1000～1100℃)干餾之分。低溫干餾所得焦炭的數(shù)量和質(zhì)量都較差，但焦油產(chǎn)率較高，其中所含輕油部分，經(jīng)過加氫可以制成汽油，所以在汽油不足的地方，可采用低溫干餾。中溫法的主要產(chǎn)品是城市煤氣，而高溫法的主要產(chǎn)品則是焦炭。煤的液化

:煤炭液化油也叫人造石油。煤和石油都是由C，H，O等元素組成的有機物，但煤的平均表現(xiàn)分子量大約是石油的10倍，煤的含氫量比石油低得多。所以煤加熱裂解，使大分子變小，然后在催化劑的作用下加氫(450—480℃，12MPa一30MPa)可以得到多種燃料油。

還有一類方法稱間接液化法，它是先使煤氣化得到CO和H2等氣體小分子，然后在一定的溫度、壓力和催化劑的作用下合成各種烷烴、烯烴和乙醇、乙醛等。

煤既是能源，也是重要的化工原料。我國是世界上最大的耗煤國家，但70％的煤都是直接燒掉，既浪費資源，也污染環(huán)境。積極開展煤的綜合利用是十分重要的方針。

2

石油和天然氣及其利用天然氣的主要成分是甲烷(CH4)，也有少量乙烷(C2H6)和丙烷(C3H8)，它和石油伴生，但一般埋藏部位較深。據(jù)國際經(jīng)驗，每噸石油大概伴有1000m3的天然氣，所以能源工作機構(gòu)及能源結(jié)構(gòu)統(tǒng)計往往把石油和天然氣歸并在一起。天然氣是最“清潔”的燃料，燃燒產(chǎn)物CO2和H2O，都是無毒物質(zhì)，并且熱值也很高(56kJ·g-1)，管道輸送也很方便。

(2)石油的煉制

主要過程有分餾、裂化、重整、精制等。

2004年我國乙烯年產(chǎn)量626.6萬噸,國外最大的煉油廠規(guī)模達4000萬噸/年，平均規(guī)模為530萬噸/年；中國最大的煉油廠規(guī)模僅為1600萬噸/年，中國的原油產(chǎn)量居世界第5位，乙烯產(chǎn)量居第4位。將石油氣中這些不飽和烴分離后，剩下的飽和烴中以丁烷(C4H10)為主，它的沸點為-0.5℃，稍加壓力即可液化儲于高壓鋼瓶中。當打開閥門減壓時即可氣化點燃使用，城市居民用石油液化氣的主要成分就是丁烷。另外還含有在液化時帶進的一定量的戊烷(C5H12)和己烷(C6H14)，它們的沸點分別是36℃和69℃，在40～180℃沸點范圍內(nèi)可以收集C6～C10餾分，這是需要量很大的汽油餾分。按各種烴的組成不同又可以分為航空汽油、車用汽油、溶劑汽油等。

汽油質(zhì)量用“辛烷值”表示?？拐鹦阅茏詈玫氖钱愋镣?，將其定標為辛烷值等于100，抗震性最差的是正庚烷，定其辛烷值為零。人們發(fā)現(xiàn)：1升汽油中若加入1毫升四乙基鉛Pb(C2H5)4，它的辛烷值可以提高10～12個標號。

提高蒸餾溫度，依次可以獲得煤油(C10～C16)和柴油(C17～C20)。它們又分為許多品級，分別用于噴氣飛機、重型卡車、拖拉機、輪船、坦克等。蒸餾溫度在350℃以下所得各餾分都屬于輕油部分，在350℃以上各餾分則屬重油部分，碳原子數(shù)在18～40之間，其中有潤滑油、凡士林、石蠟、瀝青等，各有其用途。

裂化

用上述加熱蒸餾的辦法所得輕油約占原油的1／3—1／4。但社會需要大量的分子量小的各種烴類，采用催化裂化法，可以使碳原子數(shù)多的碳氫化合物裂解成各種小分子的烴類，如：

催化重整

這是石油工業(yè)中另外一個重要過程。在一定的溫度壓力下，汽油中的直鏈烴在催化劑表面上進行結(jié)構(gòu)的“重新調(diào)整”，轉(zhuǎn)化為帶支鏈的烷烴異構(gòu)體，這就能有效地提高汽油的辛烷值，同時還可得到一部分芳香烴，這是原油中含量很少而只靠從煤焦油中提取不能滿足生產(chǎn)需要的化工原料，可以說是一舉兩得。

加氫精制

這是提高油品質(zhì)量的過程。留在油品中的只是碳氫化合物。石油經(jīng)過分餾、裂化、重整、精制等步驟，獲得了各種燃料和化工產(chǎn)品。有的可直接使用，有的還可以進行深加工。所以煉油廠總是和幾個化工廠組成石油化工聯(lián)合企業(yè)，那里是技術(shù)密集、資本密集、勞動力密集的地區(qū)。3核能的利用核反應(yīng)可分為核衰變、核裂變和核聚變?nèi)箢悺?g鐳(Ra)在衰變過程中釋放的能量是1g鐳和足量氯氣(C12)起反應(yīng)生成RaCl2時所釋放能量的50萬倍。1g鈾-235(92235U)發(fā)生裂變時釋放能量為8

107kJ，1g氘（12H）發(fā)生聚變時釋放的能量是6

108kJ。而1g煤完全燃燒時釋放的能量僅為30kJ。

U-235裂變時所釋放的能量可將循環(huán)水加熱至300

C，高溫水蒸氣推動發(fā)電機發(fā)電。由此可見核電是一種清潔的能源.

但有兩個問題總是令人擔憂，一是保證安全運行，二是核廢料的處理。

我國第一座自行設(shè)計的30萬千瓦核電站，建在浙江省海鹽縣秦山腳下，地質(zhì)構(gòu)造良好，靠山臨海。1995年7月正式通過國家驗收。

核聚變和氫彈

由2個或多個輕原子核聚合成一個較重的原子核的過程叫核聚變，這時也將釋放很大的能量。例如2個氘核（12H）在高溫下可聚合生成1個氦核（24He）核聚變有幾個方面比核裂變優(yōu)越：其一，聚變產(chǎn)物是穩(wěn)定的氦核，沒有放射性污染產(chǎn)生，沒有難于處理的廢料；其二，聚變原料氘的資源比較豐富，在海水中氘和氫之比為1.5

10-4：1，地球上海水總量約為1018噸，其中蘊藏著大量的氘，提煉氘比提煉鈾容易得多。

4.節(jié)能和新能源的開發(fā)現(xiàn)代主要能源是煤、石油和天然氣，它們都是短期內(nèi)不可能再生的化石燃料，儲量都極其有限，因此必須節(jié)能。

節(jié)能問題現(xiàn)已受到各國的普遍重視，作為能源經(jīng)濟發(fā)展的重要政策。例如國際先進水平是每煉1噸鋼需消耗0.7～0.9噸標準煤，而我國目前每噸鋼的能耗約為1.3噸標準煤，也就是說我國煉鋼的能耗是國際水平的1.6倍，所以在我國節(jié)能應(yīng)該有很大的潛力可挖。

如在80年代末，上海市每萬元國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值要消耗5.08噸標準煤，浙江省是5.38噸，而有的省卻高達26噸，可見它們之間能源利用率差別很大。和國際相比，我國的能耗比日本高4倍，比美國高2倍，比印度高1倍，所以若能趕上印度的能源利用率，要實現(xiàn)生產(chǎn)翻一番，似乎不必增加能源消費量。要實現(xiàn)國民經(jīng)濟現(xiàn)代化，既要開發(fā)能源，又必須降低能耗，開源節(jié)流必須同時并舉，并且要把節(jié)流放到更重要的位置。

我國的工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐耗費全國總能源的65％，它們是節(jié)能潛力最大的行業(yè)。白熾燈的照明效率是熒光燈的一半，研制高效節(jié)能燈，并推廣使用，也是節(jié)能措施之一。

總之圍繞著節(jié)能工作有許多科學(xué)技術(shù)問題急待研究，但要使節(jié)能工作真正落到實處，不是單純的技術(shù)問題，還要涉及行政管理、能源政策、節(jié)能法規(guī)、能源價格等各方面的因素。

當代新能源是指太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、地熱能和海洋能等。它們的共同特點是資源豐富、可以再生、沒有污染或很少污染，它們是遠有前景，近有實效的能源。

太陽能

:太陽能的利用方式是光熱轉(zhuǎn)化或光電轉(zhuǎn)化。太陽能的熱利用是通過集熱器進行光熱轉(zhuǎn)化的，集熱器也就是太陽能熱水器。它的板芯由涂了吸熱材料的銅片制成的，封裝在玻璃鋼外殼中。

太陽能也可通過光電池直接變成電能，這就是太陽能電池、光伏打電池。它們具有安全可靠、無噪聲、無污染、不需燃料、無需架設(shè)輸電網(wǎng)、規(guī)?？纱罂尚〉葍?yōu)點，制造光電池的半導(dǎo)體材料，它們能吸收光子使電子按一定方向流動而形成電流。生物能

:生物能蘊藏在動物、植物、微生物體內(nèi)，它是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的，可以說是現(xiàn)代的、可以再生的“化石燃料”，它可以是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)。

燃料直接燃燒時，熱量利用率很低，僅15％左右，現(xiàn)用節(jié)柴灶熱量利用率最多也只能達到25％左右，并且對環(huán)境有較大的污染。

經(jīng)過發(fā)酵或高溫熱分解等方法可以制造甲醇、乙醇等干凈的液體燃料。

這類生物質(zhì)若在密閉容器內(nèi)經(jīng)高溫干餾也可以生成一氧化碳(CO)、氫氣(H2)、甲烷(CH4)等可燃性氣體，這些氣體可用來發(fā)電。

生物質(zhì)還可以在厭氧條件下生成沼氣，

此外科學(xué)家們還成功地培育出若干植物新品種，如巴西的香膠樹(亦稱石油樹)，每株年產(chǎn)50kg左右與石油成分相似的膠質(zhì)。美國人工種植的黃鼠草，每公頃可年產(chǎn)6000kg石油，美國西海岸的巨型海藻，可用以生產(chǎn)類似柴油的燃料油。把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃性的液體或氣體是使古老能源煥發(fā)青春的途徑。

風(fēng)能

這是利用風(fēng)力進行發(fā)電、提水、揚帆助航等的技術(shù)，這也是一種可以再生的干凈能源。

地熱能

地殼深處的溫度比地面上高得多，利用地下熱量也可進行發(fā)電。在西藏的發(fā)電量中，一半是水力發(fā)電，約40％是地熱電，火力發(fā)電只占10％左右。

海洋能

在地球與太陽、月亮等互相作用下海水不停地運動，站在海灘上，可以看到滾滾海浪，在其中蘊藏著潮汐能、波浪能、海流能、溫差能等，這些能量總稱海洋能。我國在東南沿海先后建成7個小型潮汐能電站，其中浙江溫嶺的江廈潮汐能電站具有代表性，它建成于1980年，至今運行狀況良好

新能源的開發(fā)受到世界各國的重視，但進展緩慢，這是因為技術(shù)難度較大，對所需研究基金的投資要求較高。新能源的開發(fā)都是綜合性項目，涉及化學(xué)、物理、電子、機械、儀表控制等各行各業(yè)，其中所需各種新材料，需要化學(xué)工作者進行研制；許多化學(xué)過程和反應(yīng)條件，需化學(xué)工作者進行深入細致的研究?？傊瘜W(xué)家將積極參與新能源的開發(fā)工作。隨著新能源的不斷開發(fā)，世界能源結(jié)構(gòu)正向多樣化的方向發(fā)展。4未來的能源(1)理想的能源---氫能氫能的優(yōu)點

:

①發(fā)熱值高

②沒有污染

③輸送方便

④資源豐富

⑤可以反復(fù)使用

產(chǎn)生氫的方法①用太陽能電站或光電池發(fā)電，電解水

②用聚焦太陽光的辦法產(chǎn)生的高溫，直接把水分解成氫和氧③利用催化體系，讓太陽光直接分解水④利用生物工程的辦法,生物制氫(2)海底新能源----燃冰甲烷與水在海底的低溫和高壓下形成的冰狀化合物,可以燃燒.存貯量大,可供人類使用1000年以上.(3)未來的生物能量---乙醇綠色和平組織的一項研究指出,到2010年:發(fā)電可能達到如下組成:太陽/風(fēng)發(fā)電55%熱電聯(lián)產(chǎn)22%生物質(zhì)發(fā)電13%水力地熱10%在運輸業(yè)中:生物燃料:20%電:40%氫:40%生物燃料-----乙醇可用甘蔗,玉米,甜菜等轉(zhuǎn)化.需要一定的土地面積:約目前綠色面積的3%巴西1998年乙醇已經(jīng)占燃料的20%復(fù)習(xí)題

1．我國能源消費結(jié)構(gòu)與國際相比有何特點?2．什么是再生能源和非再生能源?舉例說明。

3．美國、日本把節(jié)約的能源列為繼煤、石油、自然能(水力、風(fēng)能、地熱、太陽能等)核能之后的“第五常規(guī)能源”，這對我國的能源建設(shè)有何啟示?

第三講化學(xué)與環(huán)境自然環(huán)境是人類生活和生產(chǎn)所必需的自然條件和自然資源的總稱，社會環(huán)境是人類在自然環(huán)境的基礎(chǔ)上，逐步創(chuàng)造和建立起來的一種人工環(huán)境。

第一節(jié)環(huán)境與生態(tài)平衡

植物、動物、微生物等各種生物群落組成了生物環(huán)境。生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展到一定階段，它的生物種類的組成，各個種群的數(shù)量比率及能量和物質(zhì)的輸入、輸出等，都處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為生態(tài)平衡

破壞生態(tài)平衡的因素有自然因素也有人為因素。這種人為因素會使環(huán)境質(zhì)量不斷惡化，從而干擾了人類的正常生活，對人體健康產(chǎn)生直接或間接，甚至是潛在的不利影響，這就稱為環(huán)境污染。人口膨脹和盲目發(fā)展已成為威脅人類生存和發(fā)展的兩大問題。

第二節(jié)自然環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)的循環(huán)

自然環(huán)境可分為四個圈層：生物圈、大氣圈、水圈和巖石圈，總稱生態(tài)圈，這是經(jīng)過漫長的演化而形成的。

人類的出現(xiàn)人類出現(xiàn)距工業(yè)革命約300萬年。工業(yè)革命至今不過200年，特別是近幾十年，自然資源和能源的開發(fā)速度和規(guī)模都是驚人的，不僅將地下礦藏大量移至地表，把本來固定在巖石中的元素變成了可進入生態(tài)環(huán)境和人體的形態(tài)，而且將大量的工業(yè)廢物排入大氣、水體和土壤環(huán)境中，從而引發(fā)了近年來倍受關(guān)注的環(huán)境問題。1水循環(huán)所有生物機體組成中都含有水，沒有水生命就不能維持。水約占地球表面的70％，水參加的植物的光合作用，既制造了維持生命的必需營養(yǎng)物糖類(C6H12O6)，同時又為生命提供了必需的氧氣(O2)。

水循環(huán)系統(tǒng)既受氣象條件和地理條件等自然因素的影響，也會受到人類活動的影響。人類的生產(chǎn)活動和生活中排出的污染物，以各種形式進入水循環(huán)后，將參與循環(huán)而遷移和擴散。如排入大氣的二氧化硫和氮的氧化物形成酸雨；土壤和工業(yè)廢棄物經(jīng)雨水沖刷，其中的污染物隨徑流和滲透又進入水循環(huán)而擴散等?？傊?，水的循環(huán)會對生態(tài)系統(tǒng)，對人類生存的環(huán)境質(zhì)量帶來顯著影響。

2氮循環(huán)

氮是蛋白質(zhì)的基本組成元素之一。所有生物體均含有蛋白質(zhì)，所以氮的循環(huán)涉及到生物圈的全部領(lǐng)域。氮是地球上極為豐富的一種元素，在大氣中約占78％。氮在空氣中含量雖高，卻不能為多數(shù)生物體所直接利用，必須通過固氮作用。植物從土壤中吸收銨離子(銨肥)和硝酸鹽，并經(jīng)復(fù)雜的生物轉(zhuǎn)化形成各種氨基酸，然后由氨基酸合成蛋白質(zhì)。

3碳循環(huán)

碳是構(gòu)成生物體的基本元素之一，也是構(gòu)成地殼巖石和煤、石油、天然氣的主要元素。碳的循環(huán)主要是通過CO2來進行的。它可分為三種形式：

光合作用

;植物被動物采食后，糖類被動物吸收，在體內(nèi)氧化生成CO2

煤、石油和天然氣等燃燒時，生成CO2，返回大氣中。

4氧循環(huán)

水為植物光合作用所裂解，再為動、植物細胞的生物氧化而重新形成

.在此過程中產(chǎn)生的O2進入大氣并約在2000年內(nèi)進行再循環(huán)，CO2為動、植物細胞所呼出進入大氣中，平均停留300年，再為植物細胞固定。

第三節(jié)

大氣污染一般成年人每天需要呼吸約10m3～12m3的空氣，它相當于一天進食量的10倍、飲水量的3倍。清潔的空氣是人類健康的重要保證。大氣污染物含硫化合物;含氮化合物;氧化物;鹵化物;有機化合物:烴類，甲醛，有機酸，焦油，有機鹵化物，酮類等燃料的燃燒是造成大氣污染的主要原因。

1

汽車尾氣汽車尾氣中的有害成分主要有CO，NOx，SO2，顆粒物和臭氧等。汽車尾氣中的顆粒物包括鉛化合物、碳顆粒和油霧等。

2光化學(xué)煙霧大氣中的HC和NOx等為一次污染物，在太陽光中紫外線照射下能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，衍生種種二次污染物。由一次污染物和二次污染物的混合物(氣體和顆粒物)所形成的煙霧污染現(xiàn)象，稱為光化學(xué)煙霧。NOx是這種煙霧的主要成分，又因其1946年首次出現(xiàn)在美國洛杉磯，因此又叫洛杉磯型煙霧

3酸雨酸雨通常是指pH小于5.6的降水，是大氣污染現(xiàn)象之一。

酸雨主要是由廢氣中的SOx和NOx造成的。SO2通過氣相或液相的氧化反應(yīng)產(chǎn)生硫酸,大氣中的煙塵、O3等都是反應(yīng)的催化劑，O3還是氧化劑。燃燒過程產(chǎn)生的NO和空氣中的O2化合為NO2，NO2遇水則生成硝酸和亞硝酸

酸雨的危害：

①對魚類和水中生物的危害②使土壤酸化、貧瘠化③危害植物、作物和森林④對建筑材料和金屬材料的腐蝕⑤可能導(dǎo)致溫室效應(yīng)的加劇。

⑥對人體健康的影響

4溫室效應(yīng)加劇溫室保暖：來自太陽的短波輻射（0.5微米左右）很容易通過玻璃將室內(nèi)曬熱，而受熱后的室內(nèi)輻射出來的紅外線（4-100微米）卻不易穿過玻璃散射出去。溫室效應(yīng)：由于大氣吸收的輻射熱量多，而散失少，結(jié)果升高了地球的氣溫，這種現(xiàn)象叫做“溫室效應(yīng)”，據(jù)估計，如果沒有大氣，近地面的平均溫度為-23

C。

溫室效應(yīng)的原因

CO2，現(xiàn)有濃度345克/噸，年增長0.4%;

CH4,現(xiàn)有濃度1.65克/噸，年增長1%

氟里昂11，現(xiàn)有濃度0.2毫克/噸，年增長5%；氟里昂12，現(xiàn)有濃度0.35毫克/噸，年增長5%；

氟里昂命名簡介氟里昂XYZX:碳原子數(shù)減1Y:氫原子數(shù)加1Z:氟原子數(shù)氟里昂11:CFCl3氟里昂12:CF2Cl2溫室效應(yīng)的危害

①氣候發(fā)生變化1960-2030年升溫4

C

②對生態(tài)的影響北方森林向高緯度推進。

③海平面上升④導(dǎo)致多種疾病如瘧疾。

對策和途徑

①減少溫室氣體的產(chǎn)生量

1997年12月11日，通過了京都宣言

②除去溫室氣體把排出的二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸鹽；

③回收溫室氣體種樹；利用海洋的浮游生物，④適應(yīng)氣候的變化引進新的糧食品種；適應(yīng)氣候變化。

5臭氧層空洞

在高層大氣中(高度范圍約離地面15km～25km)，由氧吸收太陽紫外線輻射而生成可觀量的臭氧(O3)。

臭氧能吸收波長在220nm～330nm范圍內(nèi)的紫外光，從而防止這種高能紫外線對地球上生物的傷害。

臭氧層被破壞的原因

原因之一是氟里昂的大量使用

氟里昂進入大氣平流層后，受紫外線輻射而分解產(chǎn)生C1原子，Cl原子則可引發(fā)破壞O3循環(huán)的反應(yīng)：

人口增長可能危害臭氧，氮肥生產(chǎn)最終會向大氣層釋放出含氮化合物，其中一部分可能是有害的氧化亞氮，其產(chǎn)生一氧化氮，破壞臭氧：

為了保護臭氧層免遭破壞，于1987年簽定了蒙特利爾議定書，即禁止使氟氯烴和其他的鹵代烴國際議定書。然而，臭氧層變薄的速度仍在加快。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署對臭氧消耗所引起的環(huán)境效應(yīng)進行了估計，認為臭氧每減少1％，具有生理破壞力的紫外線將增加1.3％，因此，臭氧的減少對動植物尤其是人類生存的危害是公認的事實。保護臭氧層須依靠國際大合作，并采取各種積極、有效的對策。

第四節(jié)水體污染

地球表面上水的覆蓋面積約占四分之三。水約占人體體重的三分之二。每人每天約需5L水，沒有水就沒有生命。生產(chǎn)和生活用水，基本上都是淡水。地球上全部地面和地下的淡水量總和僅占總水量的0.63％。人類年用水量已近4萬億立方米，全球有60％的陸地面積淡水供應(yīng)不足，近20億人飲用水短缺。水質(zhì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能否正常進行，關(guān)系到水生生物的生長，更關(guān)系到人體的健康，因此，水質(zhì)的優(yōu)劣極為重要。

水體污染

要指由于人類的各種活動排放的污染物進入河流、湖泊、海洋或地下水等水體中，使水和水體的物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化而降低了水體的使用價值。

水體污染有兩類：一類是自然污染，另一類是人為污染，而后者是主要的。

人為污染是人類生活和生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的廢污水對水體的污染，包括生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)田排水和礦山排水等。

水中主要污染物質(zhì)

無機污染物

:含氟，氮，磷，砷，硒，硼，汞，鎘，鉻，鋅，鉛化合物

.有機污染物

:酚，氰，多氯聯(lián)苯(PCB)、多環(huán)芳烴(PAH)，取代苯

.農(nóng)藥污染物

:DDT，六六六，敵百蟲，敵敵畏等

.生物化學(xué)需氧量(BOD)

一般用水溫在25℃時5天的生化需氧量(BOD5)作為指標，用以反映耗氧有機物質(zhì)的含量與水體污染的關(guān)系，一般情況下，水體中BOD5低于3mg·L-1時，水質(zhì)較好。BOD5量愈高，表明溶解氧消耗就愈多，水質(zhì)就愈差。因此，BOD5達到7．5mg·L-1時，水質(zhì)不好；大于10mg·L-1時，表明水質(zhì)很差，魚類已不能存活。

水體的富營養(yǎng)化

水體過分肥沃，藻類繁殖特別迅速，使水生生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，這種現(xiàn)象稱為水體的富營養(yǎng)化。這種現(xiàn)象在江河、湖泊中稱為水華，在海洋上則稱為赤潮。

減少洗滌劑中的含磷量是防止水體發(fā)生富營養(yǎng)化、保護水質(zhì)的重要措施。

第五節(jié)土壤環(huán)境污染(1)土壤環(huán)境污染的特點具有一定的隱蔽性:植物吸收入果實,人類食用并積累,出現(xiàn)病狀,才發(fā)現(xiàn).難以修復(fù):有些重金屬污染具有不可逆轉(zhuǎn)性.后果嚴重:土壤資源有限,土壤的生成需數(shù)萬年.土壤的污染與水污染及大氣污染等有關(guān):(1)水體污染型:污水通過灌溉或其它途徑進入土壤表層(2)大氣污染型:大氣中的污染物通過雨水進入土壤表層(3)農(nóng)業(yè)污染型:由于農(nóng)藥化肥施用不合理造成的土壤表層污染第六節(jié)食品污染

按污染物的性質(zhì)分類，食品污染可分兩大類：一是生物性污染，即由致病微生物和寄生蟲造成的污染；二是化學(xué)性污染，指有毒化學(xué)物質(zhì)對食品污染。汞、鎘、鉛、砷等元素的一些化合物對食品造成的污染主要渠道是農(nóng)業(yè)上施用的農(nóng)藥和未經(jīng)處理的工業(yè)廢水、廢渣的排放。

含有汞、鎘化合物的工業(yè)廢水直接排放到江、河、湖泊，造成水體污染，進而污染水生生物。用受到污染的水灌溉農(nóng)田，引起土壤污染，必然又污染農(nóng)作物。人們長期食用被污染的水、魚、農(nóng)作物，毒物能通過食物鏈而富集，在人體中積累而引起慢性中毒。環(huán)境中的農(nóng)藥可以通過人的皮膚、呼吸道和消化道進入人體。常見急性農(nóng)藥中毒事故大多數(shù)是由誤食被農(nóng)藥嚴重污染的食品引起的。

科學(xué)使用農(nóng)藥措施

①開發(fā)高效、低毒、低殘毒或無公害的新農(nóng)藥，取代或禁用劇毒、高殘毒農(nóng)藥；②合理選擇農(nóng)藥品種、選擇適當?shù)乃幰簼舛群褪┧幍姆椒?，③加強農(nóng)藥的管理，對農(nóng)藥施用人員進行專門訓(xùn)練;④推廣綜合防治病蟲害的方法。除了化學(xué)農(nóng)藥以外，生物防治、物理防治、農(nóng)業(yè)防治等措施也是防治農(nóng)業(yè)病蟲害的有效辦法。

應(yīng)當注意的幾種食品污染硝酸鹽和亞硝酸鹽：必須嚴格控制肉制食品中這兩種鹽的添加量。黃曲霉素：黃曲霉菌及其毒素對食品的污染可分為對植物性食品和動物性食品污染兩種情況?；ㄉ捌渲破纷钜资茳S曲霉素的污染，黃曲霉素可以使人急性中毒，也有很強的致癌性

第七節(jié)固體廢棄物對環(huán)境的污染當前城市垃圾問題的兩個特點是數(shù)量的劇增和成分的變化。人口劇增、城市人口密度大，必然導(dǎo)致城市垃圾數(shù)量的劇增。垃圾對土壤、水體和大氣均會造成嚴重的污染。若將垃圾直接倒入河、湖、海，會使水面到處漂浮著塑料制品、廢瓶、雜物等，不僅有礙觀瞻，還會導(dǎo)致生態(tài)平衡的破壞。

因此，對垃圾若不做及時的、正確的處理，對環(huán)境污染是很嚴重的。隨著自然資源不斷開發(fā)利用、人口的增長以及人均消費水平的提高，世界各國的垃圾以高于其經(jīng)濟增長速度2-3倍的平均速度增長，垃圾已成為現(xiàn)代都市越來越嚴重的環(huán)境問題。

西方發(fā)達國家往往打著可重復(fù)利用物資的幌子，向發(fā)展中國家傾銷有害廢料；例如每年有數(shù)百萬只廢棄汽車電池從歐洲、北美洲出口到巴西、菲律賓等地，當?shù)氐幕厥占庸すS僅靠一些簡陋的設(shè)備對其中的鉛重新熔煉回收，工人的健康和生態(tài)環(huán)境都受到嚴重損害。齊齊哈爾市廢品回收站回收處理日軍毒氣彈

1989年3月22日聯(lián)合國通過了《巴塞爾公約》，1995年9月22日，100多個國家的代表在日內(nèi)瓦通過了《巴塞爾公約》的修正案，禁止發(fā)達國家從最終處理為目的向發(fā)展中國家出口危險廢料，并規(guī)定發(fā)達國家在1997年底前停止向發(fā)展中國家出口用于回收利用的危險廢料，決心封殺洋垃圾！復(fù)習(xí)題

1．試評述溫室效應(yīng)加劇的原因及其對環(huán)境的影響。2．為什么說水體的富營養(yǎng)化現(xiàn)象會嚴重影響水體的質(zhì)量?第四講化學(xué)與環(huán)境保護

1987年世界環(huán)境與發(fā)展委員會提出采用可持續(xù)發(fā)展的總原則是：“今天的人類不應(yīng)以犧牲今后幾代人的幸福而滿足其需要?！笨沙掷m(xù)發(fā)展的核心思想是在經(jīng)濟發(fā)展的同時，注意保護資源和改善環(huán)境，合理地保護和改善環(huán)境為可持續(xù)發(fā)展提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

具體政策包括：控制人口過快的增長；解決貧困人口問題；建立基于市場經(jīng)濟的環(huán)境保護政策；采用污染減少型技術(shù)；加強對資源的公眾管理；加強全民環(huán)境教育；大力開展國土整治，改善生態(tài)環(huán)境；治理城市環(huán)境及推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)、植樹造林、保護生物多樣性等等。實施跨世紀綠色工程計劃，重點是三河(淮河、遼河、海河)、三湖(滇池、巢湖、太湖)水污染防治和SO2污染與酸雨的控制。

第一節(jié)環(huán)境質(zhì)量評價的一般要求

環(huán)境質(zhì)量關(guān)系到人類的健康和生活，關(guān)系到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的正常進行，關(guān)系到生態(tài)平衡的正常延續(xù)。要保護環(huán)境，改善環(huán)境質(zhì)量，必須制定環(huán)境質(zhì)量標準，并對環(huán)境質(zhì)量進行評價。環(huán)境質(zhì)量評價的內(nèi)容包括污染源評價、污染狀況評價、環(huán)境自凈能力評價、環(huán)境對人體健康與生態(tài)系統(tǒng)的：影響評價和環(huán)境經(jīng)濟學(xué)的評價等。

環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

E=

∑i=1nCi/Cis

式中Cis為i污染物的評價標準，Ci為i污染物的實際測得濃度，n為受監(jiān)測的污染物種類數(shù)。Ci／Cis實際上是污染物的超標率。這是一種比值法評價。顯然E值愈大，污染就愈嚴重。對評價對象的要求不同，標準值(Cis)可以不同。如對水質(zhì)進行評價時，水質(zhì)標準可有三種：人體直接接觸的(如飲用水)水質(zhì)標準；人體間接接觸的(如農(nóng)田用水)水質(zhì)標準；人體不接觸的(如工業(yè)用水)水質(zhì)標準。如國家規(guī)定居住區(qū)大氣中SO2的日平均含量不得超過0.15mg·m-3，若某地區(qū)實際測得SO2的日平均含量為0.3mg·m-3，就表明大氣受SO2污染，SO2超標了一倍。

環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測

環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測是環(huán)境質(zhì)量評價(分級)的基礎(chǔ)，首先要根據(jù)被測對象和評價目標確定監(jiān)測項目。如對水體質(zhì)量進行評價時①無機物，硝酸鹽、銨態(tài)氮、磷酸鹽、氫化物、水中總固體濃度、硬度、pH值②有機物，包括生化需氧量、化學(xué)耗氧量、有機酸、氰化物、洗滌劑等的含量③重金屬，鉻、鉛、汞、砷等含量。

常規(guī)的大氣環(huán)境質(zhì)量評價中受監(jiān)測的污染物種類一般有5種：顆粒飄塵(PM)，SOx，NOx，CO，氧化劑(以O(shè)3為代表)。只有對環(huán)境的各種組成部分，對污染物的存在形態(tài)、分布狀態(tài)、含量進行本底的和現(xiàn)狀的分析鑒定，才能了解環(huán)境污染狀況，研究污染物的存在和轉(zhuǎn)化規(guī)律，從而認識、評價、改造和控制環(huán)境。

第二節(jié)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的主要手段

環(huán)境分析化學(xué)是研究如何運用現(xiàn)代科學(xué)理論和先進實驗技術(shù)來鑒別和測定環(huán)境污染物及有關(guān)物種的種類、成分與含量以及化學(xué)形態(tài)的科學(xué)，是環(huán)境化學(xué)的一個重要分支學(xué)科，也是環(huán)境科學(xué)和環(huán)境保護的重要基礎(chǔ)學(xué)科。環(huán)境分析的主要特點如下

:(1)研究領(lǐng)域廣、對象復(fù)雜。(2)通常采用微量分析或超微量分析的方法，并需要采用高靈敏度的分析技術(shù)。(3)樣品組成復(fù)雜，不僅測定元素的總量，還要做形態(tài)分析。(4)樣品穩(wěn)定性差。我國已出版《水質(zhì)分析法》、《環(huán)境污染分析方法》等。所選用的分析方法都具有靈敏、準確和簡便等特點，適應(yīng)了環(huán)境保護和環(huán)境監(jiān)測工作的需要。第三節(jié)三廢處理

我國在環(huán)境資源、環(huán)境容量*方面，總量雖大但人均量相當小。

*在人類生存和自然環(huán)境不致受害的前提下，環(huán)境可容納污染物的最大負荷。我國經(jīng)濟生產(chǎn)的特點是工業(yè)技術(shù)水平整體不高，工業(yè)生產(chǎn)的能源和資源消耗及污染物排放量高，污染十分嚴重?！叭嬉?guī)劃，合理布局，綜合利用，化害為利，依靠群眾，大家動手，保護環(huán)境，造福人民”的中國環(huán)境保護方針，

開展環(huán)境分析方法和方法標準化的研究，建立高靈敏度、高選擇性、快速、自動化程度高的監(jiān)測方法；

開發(fā)新材料、新能源、用潔凈新工藝(綠色化學(xué)工藝)代替經(jīng)典工藝；在制定污染物向環(huán)境排放量標準的同時與其他手段相結(jié)合，積極開展處理和利用廢物的技術(shù)研究，變廢為寶。

1廢氣的處理①改革能源結(jié)構(gòu)，積極開發(fā)無污染能源或采用相對低污染能源

②改進燃煤技術(shù)和能源供應(yīng)辦法

③采用無污染或低污染的工業(yè)生產(chǎn)工藝

④及時清理和合理處置工業(yè)、生活和建筑廢渣，減少地面揚塵

⑤加強企業(yè)管理，注意節(jié)約能源和開展資源綜合利用

⑥植樹造林

《中華人民共和國大氣污染防治法》是于1988年6月開始實行的。1995年又重新修改了該法，其重點體現(xiàn)在：強化燃煤污染防治，規(guī)定不僅要防治由燃煤造成的煙塵污染，也要控制二氧化硫及氮氧化物污染，遏制區(qū)域性的酸雨污染；加強機動車排氣污染防治，限制生產(chǎn)和使用含鉛汽油；強調(diào)采用清潔生產(chǎn)工藝，規(guī)定國家對嚴重污染大氣環(huán)境的落后生產(chǎn)工藝和設(shè)備實行淘汰制度；對城市飲食服務(wù)業(yè)的環(huán)境保護管理提出了要求。

2廢水的處理

污染水體的污染物主要來自城市生活污水、工業(yè)廢水和徑流污水。這些污水若不經(jīng)處理就排入地面水體，會使河流、湖泊受到嚴重污染。因此必須先將其輸送至污水處理廠進行處理后排放。

應(yīng)盡量減少污水和污物的排放量。

劇毒廢水在廠內(nèi)要進行適當預(yù)處理，達到排放標準后才能排入下水道；冷卻水等相對清潔的廢水，則在廠內(nèi)經(jīng)過簡單處理后循環(huán)使用。

污水處理方法分類

物理法

物理和機械的分離過程

:過濾，沉淀，離心分離等

化學(xué)法

加入化學(xué)物質(zhì)與污水中有害物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

:中和，氧化，還原，分解，化學(xué)沉淀等

物理化學(xué)法物理化學(xué)的分離過程:汽提，吹脫，吸附，萃取，離子交換，電解電滲析，反滲析等生物法

微生物在污水中對有機物進行氧化，分解的新陳代謝過程:活性污泥，生物濾池，生物轉(zhuǎn)盤，氧化塘，厭氣消化等

廢水一級、二級和三級處理

一級處理由篩濾、重力沉淀和浮選等物理方法串聯(lián)組成；主要是用以除去廢水中大部分粒徑在0.1mm以上的大顆粒物質(zhì)(固體懸浮物)，通常作為預(yù)處理階段.二級處理是采用生物處理方法(又稱微生物法)及某些化學(xué)法，用以去除水中的可降解有機物和部分膠體污染物?；瘜W(xué)法主要是化學(xué)絮凝法常用的凝聚劑有硫酸鋁(Al2(SO4)3)，明礬等無機凝聚劑和多種有機聚合物(高分子)凝聚劑.三級處理可采用化學(xué)法、物理化學(xué)法，這是以除去某些特定污染的一種“深度處理”方法。例如化學(xué)沉淀法，就是利用某些化學(xué)物質(zhì)作沉淀劑，與廢水中的污染物(主要是重金屬離子)進行化學(xué)反應(yīng)，生成難溶于水的物質(zhì)沉淀析出，從廢水中分離出去。如可用石灰(Ca(OH)2)與廢水中Cd2+，Hg2+等重金屬離子形成難溶于水的氫氧化物沉淀,金屬硫化物的溶解度一般都比較小，因此用硫化鈉或硫化氫作沉淀劑能更有效地處理含重金屬離子的廢水

化學(xué)氧化法常用來處理工業(yè)廢水，特別適宜處理難以生物降解的有機物

,氯氧化法處理含氰廢水是廢水處理的一個典型實例,在堿性條件下(pH=8.5-11)，液氯可將氰化物氧化成氰酸鹽：若投加過量氧化劑，可將氰酸鹽進一步氧化為二氧化碳和氮：

化學(xué)還原法主要用于處理含有汞、鉻等重金屬離子的廢水。例如用廢鐵屑、廢銅屑、廢鋅粒等較汞活潑的金屬作還原劑處理含汞廢水，將上述金屬放在過濾裝置中，當廢水流過金屬濾層時，廢水中的Hg2+即被還原為金屬汞：生成的鐵(鋅、銅)汞渣經(jīng)焙燒爐加熱，可以回收金屬汞。

對于含鉻廢水，可先用硫酸酸化(pH=3～4)，然后加入5％～10％的硫酸亞鐵，使廢水中的六價鉻還原為三價鉻：然后再加入石灰，降低酸度，調(diào)至pH為8～9，三價鉻離子形成難溶于水的氫氧化鉻沉淀，即自然沉降而與水分離。

3廢渣的處理

當前全球垃圾資源開發(fā)處理現(xiàn)狀主要特點為：

①發(fā)達國家垃圾資源開發(fā)處理量遠高于發(fā)展中國家；

②垃圾處理技術(shù)在發(fā)達國家以衛(wèi)生填埋為主，而在發(fā)展中國家以堆肥為主；

③垃圾資源開發(fā)處理系列化和垃圾資源綜合利用多元化已成為全球垃圾處理和綜合回收利用的新趨勢。

可燃性垃圾通過三種途徑利用

①作為輔助燃料代替低硫煤使用；②在焚化爐內(nèi)焚化，利用其熱能生產(chǎn)蒸汽和發(fā)電；③高溫干餾產(chǎn)生氣體和殘渣，氣體可作燃料，殘渣冷卻后形成玻璃體，可作原料利用。

4.對土壤污染的防治防:

(1)控制和消除“三廢”的排放(2)控制農(nóng)藥的使用(3)合理施用化學(xué)肥料(4)加強對污染區(qū)域的監(jiān)測和管理治(1)生物防治:如紅酵母分解聚氯聯(lián)苯,羊齒類植物鐵角蕨屬吸收土壤中的鉻.(2)施加抑制劑:石灰,磷酸鹽等堿性物質(zhì)有利于降低重金屬的毒性(Cr3+,Hg2+)(3)增施有機肥:增強土壤肥力,增加土壤對農(nóng)藥,重金屬的吸附,起凈化土壤功能.(4)加強對農(nóng)用土壤的管理:如水旱輪作.(5)客土深翻:降低污染程度5居室環(huán)境污染的防治(1)

環(huán)境噪聲污染:隔聲裝置,加裝吸聲板(2)居室空氣污染:CO,CO2,SO2,懸浮顆粒.(3)化學(xué)污染物:甲醛,苯系芳烴,氨,氡.第四節(jié)綠色工藝的設(shè)計

三廢的處理過程不應(yīng)產(chǎn)生新的污染，這樣才能實現(xiàn)減少或消除污染。更有實際意義的是綠色工藝的設(shè)計。積極改革舊工藝，探尋無污染或低排放的“綠色”新工藝

.有機化學(xué)家在有機合成工業(yè)中，提出對合成途徑原子利用率和E—因子的分析和估價，以此綜合考慮對原料的選取、能量的耗損、以及廢料的環(huán)境商值EQ等，探索新的合成工藝。

E-因子,環(huán)境商值EQ定義

E-因子定義為每生產(chǎn)lkg期望產(chǎn)品的同時產(chǎn)生的廢物的量，即E-因子=廢料質(zhì)量/產(chǎn)品質(zhì)量。

環(huán)境商值EQ是綜合考慮廢物的排放量和廢物在環(huán)境中的毒性行為，用以評價各種合成方法相對于環(huán)境的好壞。環(huán)境商EQ=E

Q。式中E即為E-因子，Q為根據(jù)廢物在環(huán)境中的行為給出的對環(huán)境不友好度.

無害的NaCI和(NH4)2SO4若Q定為1，則有害重金屬離子的鹽類基于其毒性大小，其Q為100～1000。環(huán)境商值愈大，廢物對環(huán)境的污染愈嚴重，因此EQ值的大小是化學(xué)工程師衡量或選擇合理生產(chǎn)工藝的重要因素。要降低EQ值，意味著要減少生產(chǎn)工藝過程中廢物的排放量，就是要提高合成工藝中的原子利用率。

聯(lián)合國于1972年6月5日至16日在斯德哥爾摩首次召開113個國家參加的人類環(huán)境會議。會議通過了一個全球保護環(huán)境的行動計劃和《人類環(huán)境宣言》，呼吁“為了這一代和將來的世世代代而保護和改善環(huán)境，已成為人類一個緊迫的目標”，“這個目標將同爭取和平和全世界的經(jīng)濟與社會發(fā)展這兩個既定的基本目標共同和協(xié)調(diào)地實現(xiàn)”。會議通過了將每年的6月5日定為“世界環(huán)境日”的決議。

復(fù)習(xí)題

1．結(jié)合你的家鄉(xiāng)或周圍環(huán)境談?wù)劖h(huán)境問題的嚴重性。

2．你認為什么是“環(huán)境意識”，如何才能提高廣大公民的環(huán)境意識?

第五講

無機材料第一節(jié)材料科學(xué)發(fā)展概況

無機材料包括金屬材料和無機非金屬材料(陶瓷材料)。

人類社會劃分為石器時代、青銅器時代和鐵器時代等。(有人認為,其中還有玉石時代)舊石器時代可追溯到公元前10萬年左右。公元前6000年，人類發(fā)明了火，掌握了鉆木取火的技術(shù)。有了火，不僅可以熟食、取暖、照明和驅(qū)獸，還可以燒制陶器。陶瓷材料的發(fā)明和應(yīng)用，創(chuàng)造了新石器時代的仰韶文化，后來在制陶技術(shù)的基礎(chǔ)上又發(fā)明了瓷器。

人們在大量地燒制陶瓷的實踐中，熟練地掌握了高溫加工技術(shù)，利用這種技術(shù)來燒煉礦石，逐漸冶煉出銅及其合金青銅?？梢哉f這是人類社會最早出現(xiàn)的金屬材料，它使人類社會從新石器時代轉(zhuǎn)入到青銅器時代。煉銅技術(shù)發(fā)展為煉鐵。用鐵作為材料來制造農(nóng)具，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力得到空前的提高，并促使奴隸社會解體和封建社會興起。

18世紀發(fā)明了蒸汽機，爆發(fā)了產(chǎn)業(yè)革命。社會經(jīng)濟的發(fā)展推動和促進了以鋼鐵為中心的金屬材料大規(guī)模發(fā)展，有力地摧毀了封建社會的生產(chǎn)方式，萌發(fā)了資本主義社會。第二次世界大戰(zhàn)后各國致力于恢復(fù)經(jīng)濟，發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對材料提出質(zhì)量輕、強度高、價格低等一系列新的要求。具有優(yōu)異性能的工程塑料部分地代替了金屬材料，合成纖維、合成橡膠、涂料和膠粘劑等都得到相應(yīng)的發(fā)展和應(yīng)用。合成高分子材料的問世是材料發(fā)展中的重大突破，從此以金屬材料、陶瓷材料和合成高分子材料為主體，建立了完整的材料體系，形成了材料科學(xué)。

發(fā)展高新技術(shù)的關(guān)鍵往往與材料有關(guān)，因此新型材料的開發(fā)本身就成為一種高新技術(shù)，其標志技術(shù)是材料設(shè)計或分子設(shè)計，即根據(jù)需要來設(shè)計具有特定功能的新材料。材料的重要性已被人們充分地認識，能源、信息和材料已被公認為當今社會發(fā)展的三大支柱?；瘜W(xué)是材料發(fā)展的源泉化學(xué)是在原子分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性能、變化及應(yīng)用的學(xué)科。人類的衣、食、住、行以及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、環(huán)境等各行各業(yè)都需要化學(xué)物質(zhì)的支持，因此人們稱化學(xué)是一門中心科學(xué)，它與社會各方面的物質(zhì)需要密切相關(guān)。

材料可按不同的方法分類。

若按用途分類，可將材料分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。結(jié)構(gòu)材料主要是利用材料的力學(xué)和理、化性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于機械制造、工程建設(shè)、交通運輸和能源等各個工業(yè)部門。功能材料則利用材料的熱、光、電、磁等性能，用于電子、激光、通訊、能源和生物工程等許多高新技術(shù)領(lǐng)域。功能材料的最新發(fā)展是智能材料，它具有環(huán)境判斷功能、自我修復(fù)功能和時間軸功能，人們稱智能材料是21世紀的材料。

若按材料的成分和特性分類，可分為金屬材料、陶瓷材料、高分子材料和復(fù)合材料。金屬材料又分為黑色金屬材料和有色金屬材料。金屬材料發(fā)展的重點是研制新型金屬材料。

陶瓷材料是人類應(yīng)用最早的材料。傳統(tǒng)的陶瓷材料是以硅和鋁的氧化物為主的硅酸鹽材料，特種陶瓷或稱精細陶瓷，成分擴展到純的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等，可稱為無機非金屬材料。

高分子材料是一類合成材料，主要有塑料、合成纖維和合成橡膠，此外還有涂料和膠粘劑等。

復(fù)合材料是由金屬材料、陶瓷材料和高分子材料復(fù)合組成的。復(fù)合材料的強度、剛度和耐腐蝕等性能比單一材料更為優(yōu)越，是一類具有廣闊發(fā)展前景的新型材料。

新型材料的特點

(1)新型材料具有特殊的性能，能滿足尖端技術(shù)和設(shè)備制造的需要。如超高溫、超高壓、極低壓、耐腐蝕、耐摩擦等材料。

(2)新型材料的研制是多學(xué)科綜合研究的成果。以先進的科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，往往涉及到物理、化學(xué)、冶金等多個學(xué)科。

(3)新型材料從設(shè)計到生產(chǎn)，需要專門的、復(fù)雜的設(shè)備和技術(shù)，形成了一個獨特的領(lǐng)域，稱為新材料技術(shù)。為實現(xiàn)高技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

第二節(jié)金屬材料

金屬材料在一個國家的國民經(jīng)濟中仍占有舉足輕重的位置，原因是金屬材料的資源比較豐富；已積累有一整套相當成熟的生產(chǎn)技術(shù)，有組織大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)驗，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，價格低廉、性能優(yōu)異。例如金屬材料的韌性比陶瓷材料高，還具有導(dǎo)電性和磁性等。此外，金屬材料自身還在不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼鐵工業(yè)在冶煉、澆鑄、加工和熱處理等方面不斷出現(xiàn)新工藝。

新型的金屬材料如高溫合金、形狀記憶合金、貯氫合金、永磁合金、非晶態(tài)合金等相繼問世。因此在發(fā)展中國家，金屬材料仍然占有材料工業(yè)的主導(dǎo)地位，如中國年產(chǎn)鋼鐵已超過1億萬噸。

1金屬鍵和純金屬的晶體結(jié)構(gòu)

金屬具有金屬光澤、傳熱、導(dǎo)電性和延展性。金屬具有優(yōu)異的機械性能。

金屬的一般性質(zhì)與自由電子的存在密切相關(guān)。由于自由電子可以吸收各種波長的可見光，隨即又發(fā)射出來，因而使金屬具有光澤，不透明；自由電子可以在整塊金屬內(nèi)自由運動，所以金屬的導(dǎo)電性和傳熱性都非常好；金屬鍵沒有方向性和飽和性，金屬原子以高配位的密堆積方式排列，密置層之間可以滑動，使金屬有優(yōu)異的延展性。

2鋼鐵

地殼中部分元素的含量(也稱豐度)按質(zhì)量分數(shù)鐵排列第4，說明地殼中鐵的資源是比較豐富的。欲將鐵礦石中的鐵提煉出來，可置鐵礦石于高爐中冶煉，冶煉過程實為還原反應(yīng)，以焦炭為還原劑，再加一些石灰石和二氧化硅等作助熔劑。冶煉時先將處于高爐下層的焦炭點燃，使其生成CO2，CO2與灼熱的焦炭起反應(yīng)生成CO，一氧化碳氣體能將鐵礦石中的鐵還原出來

鐵水中含碳量較高，約有3％-4％，這種鐵稱為生鐵。生鐵性脆，一般只能澆鑄成型，又稱鑄鐵。其中碳以Fe3C的形式存在，待鐵水慢慢冷卻，F(xiàn)e3C則分解為鐵和石墨，此時的鐵其斷口呈灰色，故稱灰口鐵。若將熔融的鐵水快速冷卻，F(xiàn)e3C來不及分解而保留下來，此時鐵的斷口，呈白色，稱白口鐵。白口鐵質(zhì)硬且脆，不宜加工，一般用來煉鋼?；铱阼F柔軟，有韌性，可以切削加工或澆鑄零件。若在鐵水中加入0.05％鎂，使生鐵中的碳變成球狀，得到的是球墨鑄鐵。

鋼鐵約占金屬材料產(chǎn)量的90％，是世界上產(chǎn)量最大的金屬材料。鋼鐵中含碳量大于2.0％的叫生鐵，小于0.02％的叫純鐵，在這兩者之間的稱為鋼。鋼中含碳量小于0.25％的稱低碳鋼，介于0.25％～0.60％的稱中碳鋼，大于0.60％的稱高碳鋼。合金鋼

:合金鋼品種繁多，性能各異。如不銹鋼，鋼中加人一定量的鉻，可提高鋼的抗腐蝕性，不生銹；加入錳特別硬，稱為錳鋼。

3鋁合金和鋁鋰合金

有色金屬又可分為輕金屬如Li，Be，Mg，A1，Ti；重金屬如Cu，Zn，Cd，Hg，Pb；作為結(jié)構(gòu)材料的有色金屬，主要有鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金、鎳合金和鋅合金等。鋁是自然界含量最多的金屬元素，在地殼中以復(fù)硅酸鹽形式存在。主要的礦石有鋁土礦、粘土、長石、云母、冰晶石等。

制備金屬鋁常用電解法

氧化鋁被還原為金屬鋁并在陰極上析出，其反應(yīng)如下：鋁是銀白色金屬，熔點為659．8

C，沸點為2270

C，密度為2.702g/cm3，僅為鐵的三分之一。鋁的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，可代替銅做導(dǎo)線。在大氣中金屬鋁表面與氧作用形成一層致密的氧化膜保護層，所以有很好的抗蝕性。

鋁合金

鋁銅鎂合金稱為硬鋁

,鋁鋅鎂銅合金稱為超硬鋁。

鋁鋰合金

:用鋁鋰合金制造飛機，可使飛機質(zhì)量減輕15％～20%，并能降低油耗和提高飛機性能。鋁鋰合金是很有發(fā)展前途的合金。

4新型金屬材料

①形狀記憶合金:形狀記憶合金由于具有特殊的形狀記憶功能，所以被廣泛地用于衛(wèi)星、航空、生物工程、醫(yī)藥、能源和自動化等方面。②高溫合金

:鎳基和鈷基高溫合金用作渦輪噴氣發(fā)動機的渦輪葉片。③貯氫合金：貯氫合金主要有三大系列：鎂系貯氫合金如MgH2，Mg2Ni等；稀土系貯氫合金如LaNi5，鈦系貯氫合金如TiMn1.5，TiMn1.5

④非晶態(tài)合金

將熔融狀態(tài)的合金以極高的速度驟冷，不給原子有序化排列的時間，把原子瞬間凍結(jié)在像液態(tài)一樣的無序排列狀態(tài)，得到的是非晶態(tài)合金。

具有優(yōu)良的力學(xué)性能，如拉伸強度大，強度、硬度都比一般晶態(tài)合金高。由于非晶態(tài)合金中原子是無序排列，使合金具有高電阻率、高導(dǎo)磁率、高抗腐蝕性等優(yōu)異性能。

第三節(jié)無機非金屬材料

無機非金屬材料又稱陶瓷材料

,可分為傳統(tǒng)陶瓷材料和精細陶瓷材料，后者的成分除了氧化物外，還有氮化物、碳化物、硅化物和硼化物等。精細陶瓷產(chǎn)品可以是燒結(jié)體，還可以做成單晶、纖維、薄膜和粉末，是新一代的特種陶瓷，

1傳統(tǒng)陶瓷

傳統(tǒng)陶瓷材料的主要成分是硅酸鹽。硅酸鹽制品一般都是以粘土(高嶺土)、石英和長石為原料。這些原料中都含有SiO2，因此在硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中，硅與氧的結(jié)合是最重要的。硅酸鹽中除了SiO2外，還含有A12O3。

硅酸鹽都需要高溫燒結(jié)。粘土在高溫下先脫水，然后轉(zhuǎn)化為莫來石(3A12O3·2SiO2)。

2精細陶瓷

①高溫結(jié)構(gòu)陶瓷

:陶瓷發(fā)動機的材料選用氮化硅，它的機械強度高、硬度高、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱性好、化學(xué)穩(wěn)定性高，是很好的高溫陶瓷材料。氮化硅可用多種方法合成，工業(yè)上普遍采用高純硅與純氮在1300

C反應(yīng)后獲得

還有碳化硅、二氧化鋯、氧化鋁等。

②透明陶瓷

一般陶瓷不透明的原因是其內(nèi)部存在有雜質(zhì)和氣孔，前者能吸收光，后者令光產(chǎn)生散射。因此如果選用高純原料，并通過工藝手段排除氣孔就可能獲得透明陶瓷。這些透明陶瓷不僅有優(yōu)異的光學(xué)性能，而且耐高溫，一般它們的熔點都在2000

C以上。如氧化釷-氧化釔透明陶瓷的熔點高達3100

C，透明陶瓷的重要用途是制造高壓鈉燈，它的使用壽命達2萬小時。高壓鈉燈的工作溫度高達1200

C，壓力大、腐蝕性強，選用氧化鋁透明陶瓷為材料、成功地制造出高壓鈉燈。可以制造防彈汽車的窗、坦克的觀察窗、

③光導(dǎo)纖維

光導(dǎo)纖維一般由兩層組成，里面一層稱為內(nèi)芯，直徑幾十微米，但折射率較高；外面一層稱包層，折射率較低。從光導(dǎo)纖維一端入射的光線，經(jīng)內(nèi)芯反復(fù)折射而傳到末端，由于兩層折射率的差別，使進入內(nèi)芯的光始終保持在內(nèi)芯中傳輸著。

用最新的氟玻璃制成的光導(dǎo)纖維，可以把光信號傳輸?shù)教窖蟊税抖恍枞魏沃欣^站。

在實際使用時，常制成光纜，這樣既提高了光導(dǎo)纖維的強度，又增加了通訊容量。光纜有質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、絕緣性能好、壽命長、輸送距離長、保密性好、成本低等優(yōu)點。光損耗大的光導(dǎo)纖維可在短距離使用，特別適合制作各種人體內(nèi)窺鏡，對診斷醫(yī)治各種疾病極為有利。

④生物陶瓷

目前已發(fā)展起來的生物合金、生物高分子和生物陶瓷基本上能滿足植入人體的要求。生物陶瓷是惰性材料，耐腐蝕，更適合植入體內(nèi)。氧化鋁陶瓷做成的假牙與天然齒十分接近，它還可以做人工關(guān)節(jié)用于很多部位。ZrO2陶瓷的強度、斷裂韌性和耐磨性比氧化鋁陶瓷好，也可用以制造牙根、骨和股關(guān)節(jié)等。陶瓷材料最大的弱點是性脆，韌性不足，這就嚴重影響了它作為人工人體器官的推廣應(yīng)用。陶瓷材料要在生物工程中占有地位，必須考慮解決其性脆問題。

⑤超導(dǎo)陶瓷

電阻突然消失時的溫度稱為轉(zhuǎn)變溫度或臨界溫度，常用Tc表示。

Y-Ba-CuO混合金屬氧化物在90K具有超導(dǎo)電性，這類超導(dǎo)氧化物的轉(zhuǎn)變溫度已高于液氮溫度(77K)，高溫超導(dǎo)材料研究獲得重大進展。

超導(dǎo)體的一些應(yīng)用

(1)用超導(dǎo)材料輸電

(2)超導(dǎo)發(fā)電機(3)磁力懸浮高速列車把超導(dǎo)磁體裝在列車內(nèi)，在地面軌道上敷設(shè)鋁環(huán)，利用它們之間發(fā)生相對運動，使鋁環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生磁排斥作用，把列車托起離地面約10cm，使列車能懸浮在地面上而高速前進。(4)可控熱核聚變

3納米陶瓷

精細陶瓷粉體的顆粒較大，屬微米級(10-6m)，有人用新的制備方法把陶瓷粉體的顆粒加工到納米級(10-9m)，用這種所謂超細微粉體粒子來制造陶瓷材料，得到新一代納米陶瓷，這是陶瓷材料的第三次飛躍。納米陶瓷具有延性，有的甚至出現(xiàn)超塑性。如室溫下合成的TiO2陶瓷，它可以彎曲，其塑性變形高達100％，韌性極好。

納米陶瓷被稱為是21世紀陶瓷。

納米材料的粒子是超細微的，粒子數(shù)多，表面積大，而且處于粒子界面上的原子比例甚高，一般可達總原子數(shù)一半左右。這就使納米材料具有不尋常的表面效應(yīng)、界面效應(yīng)和量子效應(yīng)等，因此而呈現(xiàn)出一系列獨特的性質(zhì)。例如金的熔點是1063℃，而納米金只有330℃，熔點降低近700℃；銀的熔點由金屬銀的960.8℃降為納米銀的100℃。又如納米鉑黑催化劑，由于表面積大，表面活性高，可使乙烯氫化反應(yīng)的溫度從600℃降至室溫；納米鐵的抗斷裂應(yīng)力比普通鐵高12倍，等等。納米材料的問世促使納米技術(shù)的誕生。所謂納米技術(shù)是指用單個原子或分子作材料建造物體的技術(shù)。

第四節(jié)寶玉石基礎(chǔ)知識分為:寶石,玉石和石一寶石1寶石之王-----金剛石硬度極大,達摩氏10級,已有人工合成.化學(xué)成份是碳.2藍寶石和紅寶石硬度大,達摩氏9級,主要成份為氧化鋁.3祖母綠:因含鉻而呈現(xiàn)綠色.4水晶:硬度7,主要成份為二氧化硅.二玉石1.玉中之王----翡翠命名來自翡翠烏,紅者為翡,綠者為翠.硬玉,硬度6.6—7其優(yōu)劣主要取決于水頭,色彩,底,種,瑕庇等1999年香港佳士得春季拍賣會一條翡翠項鏈以1454萬港元成交.2中國兩大美玉----和田玉和岫巖玉(1)和田玉也稱軟玉,硬度6—6.5和田玉產(chǎn)于新疆以白玉價最高(2)岫玉因產(chǎn)于遼寧岫巖縣而得名,廣義的還包括廣東岫玉,新疆昆侖岫玉北京黃岫,以白色,淡綠色和黃綠色為常見,硬度2.5—4.5.各種玉石的化學(xué)組分樣品種類MgOAl2O3SiO2K2OCaOMnOFeO/Fe2O3新疆和田23.012.0059.040.0513.40.0710.36瑪納斯碧玉15.484.5259.090.03413.840.0735.400岫玉40.322.7354.620.0470.210.010.823獨山玉0.6733.8142.632.414.840-0.700翡翠(白)-25.3159.36-0.716-0.29京白玉6.669.8681.70.0330.218-

0.021金青石-19.7823.3129.01(Na2O:16.03)我國玉器已有七、八千年的歷史，淵遠流長我國玉器發(fā)展歷史大體可分為古高玉器（新石器時期、商代、西周、東周），漢唐玉器、宋元玉器和明清玉器。我國玉料以新疆和田玉最為珍貴，蘊量最富。但從殷商時代至今已連續(xù)開采4000多年.古代的玉石之路應(yīng)在古代的絲綢之路之前.因特網(wǎng)上的部分珠寶站點

1中華珠寶網(wǎng)

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復(fù)習(xí)題1．我國的和田玉產(chǎn)于何處?岫玉產(chǎn)于何處,有什么特點?

2．陶瓷材料最大的弱點是性脆，韌性不足，現(xiàn)有什么方法可能克服這種弱點?

第六講合成高分子材料

合成材料是人們運用化學(xué)方法人工合成出的材料，大致可分為無機合成材料和有機合成材料。本章介紹的合成高分子材料屬于有機合成材料。

第一節(jié)高分子的結(jié)構(gòu)和特性1高分子

由一千個以上原子通過共價鍵結(jié)合形成，分子量可達幾萬至幾百萬，這類分子稱為高分子，或稱高分子化合物。天然高分子：淀粉、纖維素、棉、麻、絲、毛；蛋白質(zhì)、糖類、核酸

合成高分子：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺(尼龍)

聚乙烯

通常把乙烯分子稱為單體，單體經(jīng)聚合后得到的聚乙烯分子稱為聚合物，或稱高聚物。聚乙烯分子中有一個重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元[-CH2-CH2-]稱為鏈節(jié)，n稱為聚合度，也就是聚乙烯分子中所含鏈節(jié)的數(shù)目。

2高分子的原料和合成方法原料：淀粉類如薯類、植物種子、橡子等;煤；石油

具體的合成方法有加成聚合、縮合聚合和共聚合等

①加成聚合反應(yīng)

加聚反應(yīng)后除了生成聚合物外，再沒有任何其他產(chǎn)物生成，聚合物中包含了單體中全部原子，如聚乙烯、聚氯乙烯。

加成聚合的方式聚氯乙烯分子進行加成聚合反應(yīng)時，可能產(chǎn)生三種情況：頭—頭、尾—尾連接；頭—尾連接；混亂無序連接，如圖所示。(a)

頭—頭、尾—尾連接

(b)

頭—尾連接(c)

無規(guī)則連接在工業(yè)上利用加成聚合反應(yīng)生產(chǎn)的合成高分子約占合成高分子總量的80％，最重要的有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。

②縮合聚合反應(yīng)

含有雙官能團或多官能團的單體分子，通過分子間官能團的縮合反應(yīng)把單體分子聚合起來，同時生成水、醇、氨等小分子化合物，稱為縮合聚合反應(yīng)，簡稱縮聚反應(yīng)。

尼龍-66又稱聚酰胺。用己二胺和己二酸作為單體，這兩種單體分子之間通過脫水縮合，最終形成長鏈狀大分子聚合物，它的商品名稱叫尼龍-66或錦綸-66。

“的確良”是對苯二甲酸和乙二醇脫水縮合聚合而成的聚酯纖維高分子，商品名稱也叫滌綸，它有挺括不皺、易洗易干等特點。

縮合聚合反應(yīng)在合成高分子工業(yè)上的重要性僅次于加聚反應(yīng)，常見的聚酰胺(尼龍)、聚酯(滌綸)、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機硅樹脂、聚碳酸酯等。

③共聚合反應(yīng)

將兩種或兩種以上不同的單體進行聚合，這種聚合物叫做共聚物。共聚物中單體單元的結(jié)構(gòu)、數(shù)量和排列方式會影響共聚物的物理性能。例如聚丙烯腈(腈綸)性如羊毛，但著色性差，若用1％的丙烯基磺酸鈉與之共聚合后，腈綸纖維就可染成各種顏色。又如將丙烯腈(A)、丁二烯(B)和苯乙烯(S)進行共聚合制得的ABS樹脂，是一種綜合性能極好的三元共聚物。

3合成高分子的結(jié)構(gòu)、特性和命名

結(jié)構(gòu)

:線型長鏈狀不帶支鏈的、帶支鏈的和體型網(wǎng)狀的

.線型高分子可呈蜷曲、彎折或呈螺旋狀，加熱可熔化，也可溶于有機溶劑，易于結(jié)晶，合成纖維和大多數(shù)塑料都是線型高分子。支鏈高分子在很多性能上與線型高分子相似，但支鏈的存在使高分子的密度減小，結(jié)晶能力降低。體型高分子具有不熔不溶、耐熱性高和剛性好的特點，適用作工程和結(jié)構(gòu)材料。

高分子特點熱塑性、熱固性、耐磨性、絕緣性、相對密度小、比強度高等特殊的性能。相對密度在1～2之間，聚丙烯塑料，相對密度只有0.91；泡沫塑料的相對密度只有0.01。高分子材料相對密度小，但強度高，有的工程塑料的強度超過鋼鐵和其他金屬材料。例如玻璃鋼的強度比合金鋼大1.7倍，比鋁大1．5倍，比鈦鋼大l倍。高分子中存在強大的分子間作用力是高分子材料具有高強度的主要原因。

高分子化合物的化學(xué)反應(yīng)性能較差，對化學(xué)試劑顯得比較穩(wěn)定。高分子具有耐酸、耐腐蝕等特性，著名的“塑料王”聚四氟乙烯，其耐酸程度遠超過金。聚四氟乙烯是優(yōu)異的耐酸、耐腐蝕材料。高分子中的分子鏈是原子以共價鍵結(jié)合起來的，分子既不能電離，也不能在結(jié)構(gòu)中傳遞電子，所以高分子具有絕緣性，電線的包皮、電插座等都是用塑料制成。此外，高分子可以抗輻射。

合成高分子的命名，一種是在單體前加“聚”宇，如聚乙烯聚氯乙烯等；另一種是在簡化的單體名稱后面加“樹脂”二字，如酚醛樹脂，它是由甲醛和苯酚縮聚得到的，又如脲醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。

第二節(jié)合成高分子材料

1塑料

塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。若將塑料按性能和用途來分類，可分為通用塑料、工程塑料、特種塑料和增強塑料。通用塑料產(chǎn)量大、用途廣、價格低，其中聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯約占全部塑料產(chǎn)量的80％，尤以聚乙烯的產(chǎn)量最大。

①聚乙烯

低壓聚乙烯適合做強度、硬度較高的塑料制品，如桶、瓶、管、棒等。

高壓聚乙烯，又稱低密度聚乙烯。適合做食品包裝袋、奶瓶等軟塑料制品。②工程塑料

可作為工程材料和代替金屬用的塑料。主要有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS塑料等

如聚甲醛的力學(xué)、機械性能與銅、鋅相似，用它做汽車上的軸承，使用壽命比金屬的長一倍。又如聚碳酸酯，它不但可代替某些金屬，還可代替玻璃、木材和合金等，做各種儀器的外殼、自行車車架、飛機的擋風(fēng)玻璃等。

③特種塑料

是指在高溫、高腐蝕或高輻射等特殊條件下使用的塑料，它們主要用在尖端技術(shù)設(shè)備上。例如聚四氟乙烯具有優(yōu)異的絕緣性能，抗腐蝕性特別好，能耐高溫和低溫，可在-200～250

C范圍內(nèi)長期使用，在宇航、冷凍、化工、電器、醫(yī)療器械等工業(yè)部門都有廣泛的應(yīng)用。

2合成纖維

合成纖維是由合成高分子為原料，通過拉絲工藝獲得纖維。合成纖維的品種很多，最重要的品種是聚酯(滌綸)、聚酰胺(尼龍、錦綸)、聚丙烯腈(腈綸)，它們占世界合成纖維總產(chǎn)量的90％以上。此外還有聚乙烯醇縮甲醛(維綸)、聚丙烯(丙綸)、聚氯乙烯(氯綸)等。

①聚酯纖維

商品名滌綸，又叫的確良。主要用于織衣料，也可做運輸帶、纜繩等。滌綸的分子鏈結(jié)構(gòu)中含有酯基(COOR)，這類剛性基團的存在，使分子排列規(guī)整、緊密，結(jié)晶度較高，不易變形，受力形變后也易恢復(fù)，這是滌綸抗皺性好的原因。

②聚酰胺纖維

商品名尼龍，也叫錦綸；最常見的是尼龍-6和尼龍—66。尼龍主要用于制做漁網(wǎng)、降落傘、絲襪及針織內(nèi)衣等。尼龍織物的特點是強度大，彈性好，耐磨性好。這些優(yōu)越的性能是由結(jié)構(gòu)決定的。聚酰胺分子鏈中存在酰胺基(CONH2)，分子鏈之間通過氫鍵的作用，使分子鏈之間的作用力大為加強，保證了織物的強度。

3合成橡膠

橡膠分天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠的基本組成是異戊二烯。人們用異戊二烯作為單體進行聚合反應(yīng)，得到了合成橡膠，稱為異戊橡膠。丁二烯來源豐富，以丁二烯為基礎(chǔ)開發(fā)了一系列合成橡膠。如順丁橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠和氯丁橡膠等。世界橡膠產(chǎn)量中，天然橡膠僅占15％左右，其余都是合成橡膠。

合成橡膠可分為通用橡膠和特種橡膠。通用橡膠用量較大，例如丁苯橡膠占合成橡膠產(chǎn)量的60％；其次是順丁橡膠，占15％；此外還有異戊橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠等，它們都屬通用橡膠。特種橡膠是在特殊條件下使用的橡膠，它們有特殊的性質(zhì)，如硅橡膠是以硅氧原于取代主鏈中的碳原子形成的一種特種橡膠，它柔軟、光滑，能耐高溫，可承受高溫消毒而不變形。

許多合成橡膠是線型高分子，具有可塑性，但強度低，回彈力差，易產(chǎn)生永久變形。加入硫磺與橡膠分子作用，可使橡膠硫化。硫的作用是使線型橡膠分子之間形成硫橋而交聯(lián)起來，轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)，使橡膠失去塑性，同時獲得高彈性。

第三節(jié)新型高分子材料

在合成高分子的主鏈或支鏈上接上帶有顯示某種功能的官能團，使高分子具有特殊的功能，滿足光、電、磁、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等方面的功能要求，這類高分子通稱為功能高分子。它將成為合成高分子材料中很有發(fā)展前途的一個分支。已知的功能高分子的品種和分類如下。

①導(dǎo)電高分子

70年代人們合成了聚乙炔，發(fā)現(xiàn)它有導(dǎo)電性能。乙炔分子中碳與碳以叁鍵結(jié)合，單體經(jīng)加聚聚合后得到聚乙炔，這是一種雙鍵、單鍵間隔連接的線型高分子，分子中存在共軛

鍵體系，

電子可以在整個共軛體系中自由流動，因此可以導(dǎo)電。隨后，又發(fā)現(xiàn)聚吡咯、聚噻吩、聚噻唑、等都具有導(dǎo)電性，導(dǎo)電高分子材料引起人們的重視。用導(dǎo)電塑料做成的塑料電池已進人市場，硬幣大小的電池，一個電極是金屬鋰，另一個電極是聚苯胺導(dǎo)電塑料，電池可多次重復(fù)充電使用，工作壽命長。

②醫(yī)用高分子

高分子材料應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上已有40多年歷史。目前已知可用于制做人造器官的合成高分子材料有：尼龍、環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡膠、聚氨酯、聚碳酸酯等。除了腦、胃和部分內(nèi)分泌器官外，人體中幾乎所有器官都可用高分子材料制造。

③可降解高分子

包裝食品的塑料袋和泡沫塑料飯盒用可降解高分子材料來做，那末廢棄的塑料將在一定條件下自行分解成為粉末。

目前己提出生物降解、化學(xué)降解和光照降解等三種方法，并合成了生物降解塑料、化學(xué)降解塑料和光照降解塑料，這類可降解高分子將在解決環(huán)境污染方面起到重要的作用。

④高吸水性高分子

高吸水性高分子吸收超過自重幾百倍甚至上千倍的水，體積雖然膨脹，但加壓卻擠不出水來。這類奇特的高分子材料可用淀粉、纖維素等天然高分子與丙烯酸、苯乙烯磺酸進行接枝共聚得到，或用聚乙烯醇與聚丙烯酸鹽交聯(lián)得到。高吸水性高分子的吸水機制尚不清楚，可能與高分子交聯(lián)后結(jié)構(gòu)中立體網(wǎng)絡(luò)擴充有關(guān)。

第四節(jié)復(fù)合材料

前面介紹的合成高分子材料、金屬材料和無