3.3 液晶、纳米材料与超分子（课件）—2024-2025学年高中化学鲁科版（2019）选择性必修二

3.3 液晶、纳米材料与超分子 核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析： 结合教材中的图示，了解液晶、纳米材料、超分子的结构及特殊性质，发展宏观辨识与微观探析化学学科核心素养。 2.证据推理与模型认知： 通过分析液晶分子的有序排列、纳米材料的界面结构及超分子的自组装机制，建立 “微观结构→宏观性质→功能应用” 的认知模型。能基于实验现象推断物质特性，解释其在科技领域的实际应用。 3.科学态度与社会责任： 联系生产、生活及科技前沿知识，了解液晶、纳米材料、超分子的实际应用，发展科学态度与社会责任化学学科核心素养。 学习重难点 学习重点​ 1.液晶、纳米材料、超分子的概念及结构特征。​ 2.三类物质的宏观性质与微观结构的关系。 3.典型案例分析。 学习难点​ 1.超分子自组装过程的驱动力及其动态可逆性。​ 2.三类物质与传统晶体、非晶体的结构差异及性能对比。 新课导入 固态、液态、气态是三种最常见的物质聚集状态。对于固态物质来说，不管是晶体还是非晶体，物质中原子或分子的间距都很近，它们只能在一定的位置上做不同程度的振动。液态物质的分子间距离比固态中的大，分子间作用力相对较小，分子运动的自由度有所增加， 表现出明显的流动性。至于气态物质，分子间距离明显变大，体系处于高度无序状态，除了固态（包含晶体和非晶体）、液态、气态外，你或许还听说过液晶、纳米材料、超分子等名词。从他们的名称中，你能想象出微粒在这些物质中的聚集方式有什么特点呢？ 液晶 1.液晶 液晶 定义 结构 用途 在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面又表现出类似晶体的各向异性的物质称为液态晶体，简称液晶 液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质 制造液晶显示屏，应用于电子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等器材 1.液晶 液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关。所选取的液晶材料在没有外加电场时，液晶分子呈逐层扭转的螺旋形排列；在施加电压时，分子变成沿电场方向排列；而在移去电场之后，又恢复到原来的状态。由此，在存在或撤去电场的两种不同条件下，材料的旋光性能发生变化，从而达到控制显示的目的。 上偏光片 彩色滤光片 液晶层 下偏光片 液晶显示的驱动电压低、功率小 1.液晶 纳米材料 2.纳米材料 （1）组成：由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。 （2）结构：纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序，而界面则为无序结构。 （3）性质：具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。 由于纳米材料的颗粒很小和处于界面的原子所占比例较高。使得纳米材料具有极高的表面活性，原子在表面的比例大大增加，因此它们极易与其他原子结合，具有很强的化学活性。 2.纳米材料的用途 纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构颗粒构成的材料。 （1）由纳米粒子构成的纳米陶瓷不仅保留了陶瓷硬度高、强度高的特点，其韧性和可加工性也显著增强，甚至具有金属一样的柔韧性。 2.纳米材料的用途 （2）富勒烯（C60等球碳）、石墨烯（单层石墨片）和碳纳米管是纳米材料中的“明星”，因其独特性能而具有广阔的应用前景。其中，碳纳米管不仅纤维长，而且具有强度高、韧性高的特点，其强度比同体积钢的强度高100倍，质量却只有钢的1/7到1/6，因而被称为“超级纤维”；此外，它还具有特殊的电学、热学、光学、储氢等性能。 2.纳米材料的用途 形态各异的纳米材料 ①优良的金属导体在尺寸减小到几纳米时就可成为绝缘体，多数金属纳米颗粒在特定尺寸时会呈现黑色。可用于制作隐形飞机上的雷达吸波材料。 ②不同颗粒大小的纳米金在溶液中会呈现不同的颜色。可用作空气检测、肿瘤检测、靶向药物输送、基因治疗等。 ③磁流体又称磁性液体，是磁性纳米粒子的超稳定悬浮液。可用于磁性流体密封、声光仪器设备、磁性靶向药物等领域。 ④纳米机器人，化妆品防紫外线，化纤布料防静电等。 3.超原子 2005 年，卡斯尔曼团队发现某些特定大小的 Al 金属簇具有与某些原子相似的性质。例如，Al13簇具有与氯原子相似的电负性，Al14簇具有与碱土金属相似的性质。 具有与某种原子相似性质的金属簇，被称为该原子的超原子。一些超原子，如 WC、ZrO，分别具有与贵金属原子 Pt、Pd 相近的性质，可作为重要化工生产催化剂的潜在廉价替代品。超原子概念已经开始用于指导新材料的设计，如(Al13K3O)6，由 Al13和 K3O 形成的一个超原子分子。 超分子 1.超分子的定义 基因组中，遗传信息存储在DNA序列中，该遗传信息的传递由互补的含氮碱基序列的存在得到保证。细胞可以通过称为DNA复制的过程简单地复制遗传信息，是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。 1.超分子的定义 双螺旋DNA的两条分子链是通过什么结合的？ 1.超分子的定义 碱基配对：A与T配对，G与C配对 A与T配对： G与C配对： 通过2个氢键配对 通过3个氢键配对 DNA的双螺旋结构碱基对是通过氢键相互识别并结合的 1.超分子的定义 若两个或多个分子相互“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体，能表现出不同于单个分子的性质，可以把这种聚集体看成分子层次之上的分子，称为超分子。 超分子内部分子之间通过非共价键相结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。 不同于有机化学中的高分子或大分子。 2.超分子的应用 (1)冠醚——分子识别 由于冠醚能与阳离子(尤其是碱金属阳离子)作用，并且随环的大小不同而与不同的金属离子作用，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。冠醚与金属离子的聚集体可以看成是一类超分子。 反应活性高 2.超分子的应用 (2)分子梭 在链状分子A上同时含有两个不同的识别位点。在碱性情况下，环状分子B与带有正电荷的位点1的相互作用较强；在酸性情况下，由于位点2的烷基铵结合H＋而带正电荷，与环状分子B的作用增强。因此，通过加入酸和碱，可以实现分子梭在两个不同状态之间的切换。 随堂测试 1.判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。 (1)纳米是一种非晶体。(　　) (2)纳米材料具有丁达尔效应。(　　) (3)液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列,使液晶具有各向异性。(　　) (4)纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分,两部分中原子都排列有序。(　　) 随堂测试 2.我国科学家制得了SiO2超分子纳米管。下列叙述正确的是(　　) A.SiO2与干冰的晶体结构相似 B.SiO2耐腐蚀,不与任何酸反应 C.工业上用SiO2制备粗硅 D.光纤主要成分是SiO2,具有导电性 C 随堂测试 3.关于液晶，下列说法中正确的有(　　) A．液晶是一种晶体 B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性 C．液晶的化学性质与温度变化无关 D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 D 谢谢观看 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.73 $$