11 化学热点知识简介（课件）- 《无机化学》同步教学（清华大学版）

第11章 化学热点知识简介 本章主要内容 11.1 纳米技术简介 11.2 绿色化学 11.3 温室效应和臭氧层破坏 11.4 等离子体和离子液体 11.5 因特网与化学信息检索 11.1 纳米技术简介 11.1.1 纳米技术的由来和发展 结构尺寸在0.1～100nm范围内的材料 设计纳米结构，最终直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品。 在原子和分子水平上，创造具有全新分子形态 结构的手段 研究对象： 本质： 目标： 发展历史： ◆ 1959年，理查德·菲利普·费曼的预言——纳米 材料萌芽的标志。 ◆ 1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一 词。70年代美国康奈尔大学格兰维斯特和布赫 曼制备纳米颗粒，开始了人工合成纳米材料。 ◆ 1982年，研究纳米的重要工具——扫描隧道显 微镜被发明。 ◆ 1989年，德国教授格雷特，提出了纳米晶体材 料的概念，成为纳米材料的创始人。 ◆ 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在 美国巴尔的摩举行。 ◆ 1991年，发现碳纳米管 ◆ 1992年开始，两年一届的世界纳米材料会议举 行。 ◆ 1993年，中科院北京真空物理实验室操纵原子 成功写出“中国”二字。 ◆ 1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动 单电子。 ◆ 1999年，巴西和美国科学家发明了世界上最小 的“秤”。 ◆到1999年，全球纳米产品的年营业额达到500亿 美元。 11.1.2 纳米技术的学科领域 主要是微机械和微电机，或称为微型电动机械 系统（MEMS），是指集微型传感器、微型执 行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通 信和电源于一体的完整微型机电系统。 五个主要的学科领域： 1. 纳米材料学 观测和研究纳米材料所具有的特殊结构，包括表面粗糙度、表面结构、颗粒大小、缺陷和材料制备。 2. 纳米动力学 是研究物质在原子级水平上的化学问题，是对 此范围内的物质合成、纳米物质的表征方法、 物质所表现的异常行为及其应用等方面的研究。 3. 纳米生物学和纳米药物学 DNA芯片 4. 纳米电子学 5. 纳米化学 包括基于量子效应的纳米电子器件，纳米结构 的光、电性质，纳米电子材料的表征，以及原 子操纵和原子组装等。 11.1.3 纳米技术的产品领域 (1) 电子和通讯 (2) 计算机 (3) 纳米医疗 (4) 化学和材料 (5) 能源 (6) 制造工业 (7) 飞机和汽车 (8) 航天 (9) 环境保护 因纳米技术而得到发展和创新的领域和产品有： 11.1.4 纳米材料的特性 1) 表面效应： 2) 小尺寸效应： 表面原子数随纳米粒子尺寸减小而急剧增 大后引起的性质上的显著变化 当纳米粒子的粒径与光波、德布罗意波等 尺寸相当或更小时引起一系列宏观物理性 质的变化 (1) 特殊光学性质 纳米金属粉末为黑色，尺寸越小、颜色越黑。 3) 量子尺寸效应： 能级间距随着颗粒尺寸的减小而增加 纳米粒子的熔点明显低于相应的晶体，当粒 径小于10nm时尤为显著。 (2) 特殊热学性质： 超微磁性颗粒有很高的矫顽力的性质。可制 成高存储密度的磁记录磁粉。 (3) 特殊磁学性质： 纳米粉体压制的陶瓷材料具有良好的韧性和 延展性，具有新奇的力学性质。 (4) 特殊力学性质： 11.2 绿色化学 11.2.1 绿色化学的产生及其背景 绿色化学是基于人与自然和谐发展的可持续发展理论。 ◆ 1984年，美国环保局提出“废物最小化” 。 ◆ 1989年，美国环保局提出了“污染预防”的概念。 ◆ 1990年，美联邦政府通过了“防止污染行动”的 法令,该法案条文中第一次出现了“ 绿色化学” 一词。 ◆ 1992年，美国环保局发布了“污染预防战略”。 ◆ 1995年，美国政府设立了“总统绿色化学挑战 奖”。 ◆ 1999年英国皇家化学会创办了《绿色化学》 杂志，标志着绿色化学的正式产生。 ◆ 1995年，中国科学院化学部确定了《绿色化 学与技术》的院士咨询课题。 11.2.2 绿色化学的概念 又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。 用化学的技术和方法去消灭或减少那些对人类 健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化 剂、溶剂和试剂在生产过程中的使用，同时也 要在生产过程中不产生有毒有害的副产物、废 物和产品。 不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物， 不再处理废物。 理想： 11.2.3 绿色化学的应用原则 阿纳斯