《纺织化学 教学课件 ppt 作者 魏玉娟 主编 胡雪敏 崔景东 副主编第1章 有机化学概论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纺织化学 教学课件 ppt 作者 魏玉娟 主编 胡雪敏 崔景东 副主编第1章 有机化学概论（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、纺织化学,第一章 有机化学概论,本章引述,我们的衣食住行无不与化学相关，人人都需要化学制品，我们生活在化学的世界里。现代纺织工业，特别是化纤、印染工业及服装后整理，大量采用了化学加工方法，属于化学加工体系。纺织品在家用以及产业用领域也被广泛的应用，并发挥着不可替代的作用，纤维一般需要经过成纱-织造-练漂-染色-印花-整理-服装等工序才能加工成产品，在这诸多的加工工序中所涉及的化学原理和化学物质很多。纺织工业与化学有着极其密切的关系，纺织行业为有机化学工业提供了用武之地，大大促进了纺织化学的发展。,本章主要介绍,有机化合物的概念、特性 共价键基本概念 有机化合物的分类 有机化学与纺织工业的关系,
2、一、引言,有机化学是化学的一个重要组成部分，它是研究有机化合物的来源、组成、结构、制备、性能、功能、应用以及相关理论和方法的科学。 具体的讲是研究它的结构、性质、合成方法、应用以及它们之间的相互转变和内在的联系，从而归纳出一般的规律，并抽象为理论，指导实践。,19世纪初，英国首先发动了产业革命，由于冶金、钢铁、纺织业的迅速发展，需要各种化工原料。例如，随着纺织工业的发展，染料的需要量就大大增加。天然染料无论从数量和品种上都满足不了生产的需要，促使人们不得不去寻找制造染料的方法。又如炼焦工业的发展，煤焦油越来越多，最初作为废料处理，由于污染环境，影响生产，因此对这些废料的有效利用问题就被提出来了
3、。近代有机化学正是在这种社会需要的推动力下产生和逐渐发展起来的,一、有机物的概念,早期研究有机化合物，是从动植物有机体中提取和分离有机物。 人们蒸馏酒的技术。 本草纲目中记述了用五倍子制取没食子酸。 在我国早期提制出的比较纯的有机化合物，有纤维素、乌头碱、蔗糖、麦芽糖、樟脑等。 世界各国提制出土酒石、醋酸铅、琥珀酸、安息香酸等 。,18世纪后半期，化学家舍勒在有机化合物的分离和提纯方面的工作是很突出的。 他从酿酒的副产物酒石中析离出酒石酸；从柠檬中析离出柠檬酸；从苹果中析离出苹果酸；从酸牛奶中析离出乳酸；从尿中析离出尿酸；从五倍子中析离出没食子酸。他不仅析离出草酸，而且还用硝酸氧化蔗糖制得了草
4、酸。他析离有机酸的方法，主要是利用这些酸的钙盐和铅盐难溶于水的特性，把它们沉淀出来，再用无机酸酸化，便得到比较纯的有机酸了。,1828年，德国化学家维勒Whler用典型的无机物氰酸铵合成了有机化合物尿素。开始了近代有机化学以及有机合成的的历史。 1845年，何尔伯Kolbe用碳、氢、氯气等无机物为原料合成了醋酸。 1854年，柏塞罗Berthelot合成油脂等。从而彻底地动摇了“生命力”学说，大大推动了有机化学的发展。 杜马Dumas和李比胥Liebig等人发展了有机物元素分析法。实验表明，有机化合物主要的组成元素为碳氢, 此外还有氧、氮、硫和卤素等元素。,有机化合物定义:是碳氢化合物及其衍生
5、物。衍生物是指碳氢化合物中一个或几个氢原子被其他原子或原子团取代而得到的化合物。 CH3CH3 CH3CH2Br CH3COOH CH2OHCH2Cl CH3CH2NO2 CH3CH2CN,二、有机化合物的特性,碳原子处于元素周期表的第二周期第A族，在电负性大的卤素和电负性小的碱金属元素之间，其特殊的位置决定了有机化合物在结构上和性质上与典型的无机化合物不同。,1.有机化合物数量多,构成有机化合物的元素种类虽不多，但有机化合物数量却很多，达百万种。其原因首先是碳原子相互结合形成共价键的能力很强，一个有机化合物分子中含有的碳原子可达几千个，连接成很长的碳链。其次，碳原子连接方式也是多样的。可以是
6、链状，也可以是环状；可以单键结合，也可以双键、叁键结合。另外，有机化合物普遍存在着同分异构现象。,2.挥发性大、熔点、沸点低,绝大多数有机化合物是共价化合物，因分子间引力较小，在常温下常为气体、液体或低熔点的固体。熔点一般不超过300。但很多无机物是固体，它们多是离子化合物，因此熔点一般较高。,3.热稳定性差、能燃烧,共价化合物受热后共价键往往容易断裂，因此，热稳定性差，燃烧后生成二氧化碳气体，不留残渣，可借此区别有机化合物和无机化合物。例如，把样品放在一小块白瓷片上，在火焰上慢慢加热，假若是有机物，立刻着火或炭化变黑，最终完全燃烧掉，白瓷片上不遗留残余物。大多数无机物则不能燃烧，也不能烧尽。
7、,4.难溶于水、易溶于有机溶剂,有机化合物多数是共价化合物，极性小或没有极性，因此，一般难溶于极性强的水中，而易溶于苯、乙醚等极性较弱的有机溶剂中，也易溶于乙醇、丙酮、汽油等有机溶剂中，这就是所谓的“相似相溶”的原则。,5.反应速度比较慢,有机物之间的反应多数不是离子反应，而是分子间的反应，反应速度比较慢，需要一定的时间才能完成。反应速度决定于分子之间不规则的碰撞，为了加速有机反应，可以采取加热、加压、振摇或搅拌，以及使用催化剂等方法来增加分子动能、降低活化能或通过改变反应历程来缩短反应时间。,6.反应产物复杂，副反应较多,有机化合物的分子是由较多的原子结合而成的复杂分子，因此反应结果比较复杂
8、，一般把在某一特定反应条件下主要进行的一个反应叫做主反应，其他的反应叫做副反应。一般有机反应的产物转化率不高，通常要加热和加入催化剂, 由于产物较复杂，所以在书写有机反应方程式时不需配平方程式，只在反应物与生成物之间划一箭头即可。,第二节 共价键的基本概念,一、分子间力 从液体的气化和凝固现象说明分子间有作用力存在。常温常压时，共价型分子有些呈气态（如Cl2），有些呈液态(如Br2)，有些呈固态（如I2）,这说明不同分子之间其分子力有大有小。分子间力通称包括范德华力和氢键，范德华力包括色散力、诱导力和取向力三种。,1.色散力-非极性分子间力,当非极性分子相靠近时，由于每个分子中的电子不断运动和
9、原子核的不断振动，经常发生电子与电子核之间的瞬时相对位移，使分子的正负电荷重心不重合，产生瞬时偶极，而且两个瞬时偶极经常处于异极相邻的状态，因此，两个非极性分子产生的两个瞬间偶极之间存在的一种吸引力称为色散力，如图1-1所示。,1. 瞬时偶极-色散力,2.诱导力极性分子和非极性分子间力 极性分子作为电场使非极性分子变形而产生诱导偶极。偶极和诱导偶极间的吸引力是诱导力。,3.取向力极性分子间力 极性分子的固有偶极间因取向而产生的引力叫取向力。,总结：分子间力的特征如下：,（1）没有方向性和饱和性，是弱作用力。比化学键小1-2个数量级。 （2） 是近距离力。 （3） 无方向性和饱和性。,4.氢键：
10、 氢原子除能和电负性大的X原子（F、O、N）形成强的极性键，还能吸引另一个电负性较强（原子半径又较小）Y原子（F、O、N）中的孤对电子形成分子间（或分子内）的键即氢键。氢键比分子间力要大些，有方向性和饱和性。,H2O分子间的氢键,弱作用力，比分子间力稍大； 有方向性（Y的孤对电子有方向）； 有饱和性（H+ 排斥可能与Y电子云相吸引的其它H+）。 (3)分子间力和氢键对物质性质的影响 主要是对熔点、沸点、溶解度、汽化热、熔化热、表面张力、粘度、分子缔合等有明显影响。,氢键的特征：,二、共价键理论,碳元素位于周期表的第二周期的第A族，它最外层有四个电子，属于未充满的不稳定电子构型，不易失去也不易得
11、到电子，为了达到稳定的电子构型，在通常情况下，碳原子以共价键与其他原子结合。有机化合物中的化学键基本上都是共价键。,共价键的认识和解释有两种理论,1.价键理论 2.分子轨道理论,1.价键理论,价键理论认为，如果两个原子各有一个未成对电子且自旋方向相反，就可配对，成为共价键。共价键具有方向性，它尽可能地在电子云密度最大的地方重叠。能量相近的原子轨道可进行杂化，组成能量相等的杂化轨道。,价键理论认为：共价键的形成是原子轨道的重叠或电子配对的结果,成键的电子只处与以此化学键相连的两个原子区域内。 如两个原子各有一个未成对电子且自旋方向相反，就可配对，成为共价键。 如果A有两个未成对电子，B只有一个未
12、成对电子，则可形成AB2分子。 一个原子所含有的未成对电子数目，就是它的共价数。 共价键具有饱和性。一个未成对的电子既配对成键，就不能再与其他未成对的电子配对。 共价键具有方向性。尽可能在电子云密度最大的地方重叠。,有机化合物结构式 分子中原子相互连接的次序和方式称为化学结构。表示化学结构的图式称为结构式。,图1-1 碳原子的四面体结构,图1-2 甲烷的四面体结构,凯库勒结构式,以上化学结构式描述方式仍为一种静态的理论，并未能说明化学键形成的本质，即未能从电子的运动来阐明问题。对分子如何形成的概念和共价键本质的更深入理解，还是在量子力学建立以后的事。,2. 分子轨道理论,量子力学创始于20世纪
13、20年代，是现今用来描述电子或其他微观粒子运动的基本理论。化学家们用量子力学的观点来描述核外电子在空间的运动状态和处理化学键问题，建立了现代共价键理论。 分子轨道理论（Molecular orbital theory）。,为了弄清共价键的形成过程，有必要对原子轨道以及电子在原子核外的分布作一介绍。,2.1、有关原子轨道的理论 2.1.1、原子轨道 原子轨道：电子运行轨迹的图形。,1s 轨道 2s 轨道,2px轨道,2py轨道,2pz轨道,2.1.2、多电子原子结构 电子运动状态（四个量子数）： 电子层（主量子数）：可用K、L、M、N、O、P、Q等大写字母或第一层、第二层、第三层等来表示，随电子
14、层数增加电子能级增加。 电子亚层和电子云的形状（角量子数）：可用s、p、d等表示电子亚层，s层呈球形，p层为哑铃形。 电子层在空间的伸展方向（磁量子数）：s层电子云在空间的各个方向上伸展程度一样，只有一个轨道。p层电子云在空间的三个方向上伸展即沿x、y、z轴伸展，有三个轨道。 电子的自旋（自旋量子数）：只有两种即顺时针和逆时针旋转。用和表示。,轨道的形状和“云”的形状大致相似。s轨道为球形核对称，沿轨道对称轴转任何角度，轨道的位相不变，没有方向性。,p轨道为哑铃形，以通过原子核的直线为轴对称分布。p轨道有方向性，沿x、y、z三个方向伸展，分别为px、py、pz 3个轨道。它们的对称轴互相垂直，
15、但能量相等。如图所示。,2.1.3.原子核外电子分布规律： 遵守下列三个原则: 泡利不相容原理：一个原子中不可能有四个量子数完全相同的两个电子。 也可以理解为每个轨道最多只能容纳两个电子，且自旋相反配对。 最低能量原理：电子总是尽先占据能量最低的（亚层）轨道。 原子轨道离核愈近，受核的静电吸引力愈大，能量也愈低，故轨道能级顺序：1S2S2P3S4S。,洪特规则：当轨道能量相同时，电子总是尽可能分占各个轨道，且自旋平行。 原子核外电子分布式和外层电子分布式：例如 8O电子排布是(1s2、2s2、2px2、2py1、2pz1)，16S电子排布是(1s2、 2s2、2p6、 3s2 、 3px2 、
16、 3py1、3pz1)，6C 碳原子的基态电子排布是(1s2、2s2、2px1、2py1、2pz0)，按未成键电子的数目，碳原子应是二价的，但在烷烃分子中碳原子确是四价的，且四个价键是完全相同的。,原子核外电子分布和元素的周期系 每周期的元素数等于相应能级组中所能容纳的最多电子数（见上图） 元素在周期表中的位置和原子结构的关系 周期数=最高电子层数 主族数=最外层（ns+np）电子数,2.1.4.元素性质的周期性递变 和原子结构的关系,金属性和非金属性： 元素的金属性是指化学反应中原子失去电子的能力； 非金属性是指化学反应中原子得到电子的能力。 其规律是： 同周期从左至右金属性递减，非金属性递增， 同族自上而下金属性增强，非金属性减弱。,元素的分区和族、元素的周期、原子外层电子构型的周期性 周期数=能级组中最大的主量子数=最高电子层数 主族数=最外层（ns+np）电子数,2.1.5.电负性 某元素
