1、分子化学第一组小组讨论分子化学 2简介 分子是物质中能够独立存在的相对稳定并保持该物质物理化学特性的最小单元。分子由原子构成，原子通过一定的作用力，以一定的次序和排列方式结合成分子。以水分子为例，将水不断分离下去，直至不破坏水的特性，这时出现的最小单元是由两个氢原子和一个氧原子构成的一个水分子（ H2O）。一个水分子可用电解法或其他方法再分为两个氢原子和一个氧原子，但这时它的特性已和水完全不同了。有的分子只由一个原子构成，称单原子分子，如氦和氩等分子属此类，这种单原子分子既是原子又是分子。由两个原子构成的分子称双原子分子，例如氧分子 (O2)和一氧化碳分子 (CO)：一个氧分子由两个氧原子构成
2、，为同核双原子分子；一个一氧化碳分子由一个氧原子和一个碳原子构成，为异核双原子分子。由两个以上的原子组成的分子统称多原子分子。分子中的原子数可为几个、十几个、几十个乃至成千上万个。例如一个二氧化碳分子 (CO2)由一个碳原子和两个氧原子构成。一个苯分子包含六个碳原子和六个氢原子 (C6H6)，一个猪胰岛素分子包含几百个原子，其分子式为C255H380O78N65S6。分子结构 分子结构或称分子立体结构、分子形状、分子几何，建立在光谱学数据之上，用以描述分子中原子的三维排列方式。分子结构在很大程度上影响了化学物质的反应性、极性、相态、颜色、磁性和生物活性。分子化学 4分子结构 分子结构最好在接近
3、绝对零度的温度下测定，因为随着温度升高，分子转动也增加。量子力学和半实验的分子模拟计算可以得出分子形状，固态分子的结构也可通过 X射线晶体学测定。体积较大的分子通常以多个稳定的构象存在，势能面中这些构象之间的能垒较高。分子结构 分子结构涉及原子在空间中的位置，与键结的化学键种类有关，包括键长、键角以及相邻三个键之间的二面角。分子化学 6分子结构 原子在分子中的成键情形与空间排列：分子结构对物质的物理与化学性质有决定性的关系。最简单的分子是氢分子， 1克氢气包含 1023个以上的氢分子。一个水分子中 2个氢原子都连接到一个中心氧原子上，所成键角是 104.5。分子中原子的空间关系不是固定的，除了
4、分子本身在气体和液体中的平动外，分子结构中的各部分也都处于连续的运动中。因此分子结构与温度有关。分子所处的状态（固态、液态、气态、溶解在溶液中或吸附在表面上）不同，分子的精确尺寸也不同。分子化学 7分子结构 因尚无真正适用的分子结构理论，复杂分子的细致结构不能预言，只能从实验测得。量子力学认为，原子中的轨道电子具有波动性，用数学方法处理电子驻波（原子轨道）就能确定原子间或原子团间键的形成方式。原子中的电子轨道在空间重叠愈多，形成的键愈稳定。量子力学方法是建立在实验数据和近似的数学运算（由高速电子计算机进行运算）相结合的基础上的，对简单的体系才是精确的，例如对水分子形状的预言。另一种理论是把分子
5、看成一个静电平衡体系：电子 和原子核的引力倾向于最大，电子间的斥力倾向于最小，各原子核和相邻原子中电子的引力也是很重要的。为了使负电中心的斥力减至最小，体系尽可能对称的排列，所以当体系有2个电子对时，它们呈线型排列（ 180）；有 3个电子对时呈三角平面排列，键角 120。分子化学 8分子寿命 处于基态的分子在光、热、电等形式能量的作用下，可能改变结构，形成受激态（或称激发态）分子。受激态分子存在的时间往往很短，有的寿命只有微秒数量级或更短，故又称为准分子。利用闪光光解和分子光谱等实验，已对若干准分子的寿命、结构以及其他分子常数等进行过研究。 从射电天文学和分子光谱学的研究得知，星际之间存在许
6、多分子，如 OH、 CN、 SiO、 CS、 HCN、 SO、 CH、N2H、 NS、 HCO等，这些分子在地球上是极不稳定的，但却能稳定地存在于星际空间，这是因为它们处于分子极为稀薄的天空之中，在不受其他分子干扰的状态下，可以长期存在。分子化学 9分子运动 分子的存在形式可以为气态、液态或固态。分子除具有平移运动外，还存在着分子的转动和分子内原子的各种类型的振动。固态分子内部的振动和转动的幅度，比气体和液体中分子的平动和转动幅度小得多，分子的这种内部运动，并不会破坏分子的固有特性。通常所说的分子结构，是这些原子处在平衡位置时的结构。分子的内部运动，决定分子光谱的性质，因而利用分子光谱，可以研
7、究分子内部运动情况。 分子的构型和构象相同成分的分子中，若原子的排列次序和排列方式不同，可形成不同的分子。例如 C2H6O分子可以排列为乙醇分子，也可以排列为二甲醚分子，它们的结构式所示分子的结构式反映分子内部原子的排列次序。组成分子的成分相同，而排列次序不同，形成两种或两种以上的分子，这种现象称为同分异构现象，这些成分相同结构不同的分子称为同分异构体。分子化学 10分子运动 分子的结构式一般只反映分子中原子的连接次序，而决定分子形状的键长和键角的数值，需要通过实验测定。反映分子中原子在空间的排列次序与分布称为分子的构型。分子中原子间的化学键长与键角则称为立体构型参数。 对有些分子，当它的构型
8、确定时，分子的形状大小也就确定了，例如水分子、甲烷分子、苯分子等。有些分子在一定的构型条件下，分子的形状还会随原子的相对位置而改变。例如乙烷 (C2H6)分子在相同的连接次序及双原子分子纯转动光谱相同的键长键角数据下，还可以有交叉式和重叠式两种不同形状，这种情况称为分子的构象。不同构象的分子，能量有一定差别，它们的对称性亦不同，对于乙烷分子，常温下交叉式的构象比较稳定。分子化学 11高分子 高分子又称高分子聚合物，高分子是由分子量很大的长链分子所组成，高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万。 而每个分子链都是由共价键联合的成百上千的一种或多种小分子构造而成。高分子的分类有多种，按来源可分为 天
9、然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子三大类；根据用途则可分为合成树脂和塑料、合成橡胶、合成纤维等；按热行为可分为热塑性和热固性聚合物；按主链结构可分为碳链、杂链、和元素有机三类；另外根据工业产量和价格还可分为通用高分子、中间高分子、工程塑料以及特种高分子等等。分子化学 12高分子 高分子组成：一个大分子往往由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成。合成聚合物的原料称为单体，通过聚合反应，单体才转变成大分子的结构单元。由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物，由两种以上单体共聚而成的聚合物则称为均聚物。分子化学 13高分子 特点： 高分子与低分子化合物相比较，分子量非常高。由于这一突出特点，聚合
10、物显示出了特有的性能，表现为 “三高一低一消失 ” 。既是：高分子量、高弹性、高黏度、结晶度低、无气态。因此这些特点也赋予了高分子材料（如复合材料、橡胶等）高强度、高韧性、高弹性等特点。PE管分子化学 14高分子类型 高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时，叫线型高分子。这种高分子在加热时可以熔融，在适当的溶剂 中可以溶解。 高分子化合物中的原子连接成线状并带有较长分支时，叫支链型高分子。这种高分子也可在加热时熔融，也可在适当的溶剂中溶解。 如果高分子化合物中的原子连接成网状时，则叫网状高分子，这种高分子由于一般都不是平面 结构而是立体结构，所以也叫体型高分子。体型高分子加热时不能熔融，只
11、能变软和弹性增大；不能在任何溶剂中溶解，只能在某些适当的溶剂中溶胀。高分子应用ETFE(聚氟乙烯 )高分子应用高分子材料以其优越的性能改变高分子材料以其优越的性能改变着我们的生活，但是污染问题也着我们的生活，但是污染问题也十分引人关注，高分子的未来令十分引人关注，高分子的未来令我们深思我们深思白色污染 白色污染是人们对难降解的塑料垃圾 (多指塑料袋 )污染环境现象的一种形象称谓。它是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各类生活塑料制品使用后被弃置成为固体废物，由于随意乱丢乱扔，难于降解处理，以致造成城市环境严重污染的现象。白色污染现状 我国是世界上十大塑料制品生产和消费国之一。
12、1995年，我国塑料产量为 519万吨，进口塑料近 600万吨，当年全国塑料消费总量约 1100万吨，其中包装用塑料达 211万吨。包装用塑料的大部分以废旧薄膜、塑料袋和泡沫塑料餐具的形式，被丢弃在环境中。这些废旧塑料包装物散落在市区、风景旅游区、水体、道路两侧，不仅影响景观，造成“ 视觉污染 ” ，而且因其难以降解对生态环境造成潜在危害。 据调查，北京市生活垃圾的 3%为废旧塑料包装物，每年总量约为 14万吨；上海市生活垃圾的 7%为废旧塑料包装物，每年总量约为 19万吨。天津市每年废旧塑料包装物也超过 10万吨。北京市每年废弃在环境中的塑料袋约23亿个，一次性塑料餐具约 2.2亿个，废农膜
13、约 675万平方米。人们对此戏称为 “ 城郊一片白茫茫 ” 。看到这么多触目惊心的数字，让我们讨论一下如何保护我们的地球母亲解决方案行政方面1.加强管理 禁止使用一次性难降解的塑料包装物。2.强制回收利用。 清洁的废旧塑料包装物可以重复使用，或重新用于造粒、炼油、制漆、作建筑材料等。回收利用符合固体废物处理的 “ 减量化、资源化、无害化 ” 的通用原则。回收利用不仅可以避免 “ 视觉污染 ” ，而且可以解决 “ 潜在危害 ” ，缓解资源压力，减轻城市生活垃圾处置负荷，节约土地，并可取得一定的经济效益。解决方案 废旧塑料的回收利用 废旧塑料通常以填埋或焚烧的方式处理。焚烧会产生大量有毒气体造成二
14、次污染。填埋会占用较大空间；塑料自然降解需要百年以上；析出添加剂污染土壤和地下水等。因此，废塑料处理技术的发展趋势是回收利用，但目前废塑料的回收和再生利用率低。究其原因，有管理、政策、回收环节方面的问题，但更重要的是回收利用技术还不够完善。 废旧塑料回收利用技术多种多样，有可回收多种塑料的技术，也有专门回收单一树脂的技术。近年来，塑料回收利用技术取得了许多可喜的进展，本文主要针对较通用的技术做一总结。 1 分离分选技术 1.1 仪器识别与分离技术 1.2 水力旋分技术 1.3 选择性溶解法 1.4 浮选分离法 1.5 电分离技术 5 2 焚烧回收能量 3 熔融再生技术 4 裂解回收燃料和化工原
15、料 4.1 热裂解和催化裂解技术 4.2 超临界油化法 4.3 气化技术 4.4 氢化裂解技术 5 其他利用技术 废旧塑料还有着广泛的用途。美国得克萨斯州立大学采用黄砂、石子、液态 PET和固化剂为原料制成混凝土，Bitlgosz 将废塑料用作水泥原材料。解立平等利用废旧塑料与木料、纸张等制备中孔活性炭，雷闫盈等报道应用废旧聚苯乙烯制涂料，李玲玲报道塑料可变成木材。宋文祥介绍了国外用 HDPE作原料，通过一种特殊的方法，使长度不同的玻璃纤维在模具内沿着物料流向的轴向同向，从而生产高强度塑料枕木。蒲廷芳等使用废旧聚乙烯制高附加值的聚乙烯蜡。李春生等报道，聚苯乙烯与其他热塑性塑料相比，具有熔融粘度
16、小，流动性大的特点，因此熔融后可以很好地浸润所接触的表面而起到良好的粘接作用。张争奇等用废塑料改性沥青，将某一种或几种塑料按一定比例均匀溶于沥青中，使沥青的路用性能得到改善，从而提高沥青路面质量，延长路面寿命。 技术方面 1.采取以纸代塑 纸的主要成份是天然植物纤维素，废弃后容易被土壤中的微生物分解，因此可以解决前面所说的 “ 潜在危害 ” ，但也会带来新的环境问题：首先造纸需要大量的木材，而我国的森林资源并不富裕；其次造纸过程中会带来水污染。另外，在性能、成本等方面，纸制品尚不能与塑料制品抗衡。目前，我国也有以甘蔗秆、稻草为原料生产一次性餐具的做法，但尚处于试验阶段。 2.采用可降解塑料 在
17、塑料包装制品的生产过程中加入一定量的添加剂（如淀粉、改性淀粉或其它纤维素、光敏剂、生物降解剂等），使塑料包装物的稳定性下降，较容易在自然环境中降解。目前，北京地区已有 19家研制或生产可降解塑料的单位。试验表明，大多数可降解塑料在一般环境中暴露 3个月后开始变薄、失重、强度下降，逐渐裂成碎片。如果这些碎片被埋在垃圾或土壤里，则降解效果不明显。使用可降解塑料有四个不足：一是多消耗粮食；二是使用可降解塑料制品仍不能完全消除 “ 视觉污染 ” ；三是由于技术方面的原因，使用可降解塑料制品不能彻底解决对环境的 “ 潜在危害 ” ；四是可降解塑料由于含有特殊的添加剂而难以回收利用。 THE END!分子的世界十分奇妙，希望有兴趣的同学与我们一起讨论，进一步研究分子化学的奥妙！
