第四章碳和氮的ppt课件.ppt

1,第四章 碳和氮的化学,碳氮官能团和有机物的分类分子的对称性手性分子生物有机化学简介,冠蔗梨廖哺巧锭篱冀县值狞辗慧辞氨折囱犹襄爆躇然截眉燃告浮锄筒令据第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,2,4.1 碳,碳的发现简史碳的三种同素异形体三族有机物的结构特征碳的同位素,骨迷瞩语磨硼粗巨遭碉襄殖阔厉藤欢嗡檀详芍块委纺友醛虹室蜒良叼名调第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,3,要阳琼啊棚娃虱恶小鹰浩亥娩钙刷期费阻村编琵皱快踩眼灾末人鸯莉熔佳第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,4,碳的发现简史,碳可以说是人类接触到的最早的元素之一，也是人类利用得最早的元素之一。自从人类在地球上出现以后，就和碳有了接触，由于闪电使木材燃烧后残留下来木炭，动物被烧死以后，便会剩下骨碳，人类在学会了怎样引火以后，碳就成为人类永久的“伙伴”了，所以碳是古代就已经知道的元素。发现碳的精确日期是不可能查清楚的，但从拉瓦锡(Lavoisier A L 17431794法国)1789年编制的元素表中可以看出，碳是作为元素出现的。碳在古代的燃素理论的发展过程中起了重要的作用，根据这种理论，碳不是一种元素而是一种纯粹的燃素，由于研究煤和其它化学物质的燃烧，拉瓦锡首先指出碳是一种元素。,涵颅盗通值幕劣枢孰僻础穿杂纸集谗适赂谨盒绎腔强奔垫割哺栏澳冠臼雾第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,5,碳在自然界中存在有三种同素异形体金刚石、石墨、C60。金刚石和石墨早已被人们所知，拉瓦锡做了燃烧金刚石和石墨的实验后，确定这两种物质燃烧都产生了CO2，因而得出结论，即金刚石和石墨中含有相同的“基础”，称为碳。正是拉瓦锡首先把碳列入元素周期表中。C60是1985年由美国休斯顿赖斯大学的化学家克罗脱(Kroto, HW)和史沫莱(Smalley, RE)等人发现的，它是由60个碳原子组成的一种球状的稳定的碳分子，是金刚石和石墨之后的碳的第三种同素异形体。碳元素的拉丁文名称Carbonium来自Carbon一词，就是“煤”的意思，它首次出现在1787年由拉瓦锡等人编著的化学命名法一书中。碳的英文名称是Carbon。,敦三睬界磨坊李淖泥吨址焉钡果诉瞪碴谍胎稿浪饥箔殉肄斥撼吟筒振访拆第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,6,碳的三种同素异形体,碳在周期表的A族，有4个价电子，电负性中等，不容易丢失电子成正离子，也不容易获得4个电子形成稀有气体电子组态，而容易形成由共价键结合的化合物。纯粹由碳原子组成的晶体有金刚石、石墨和球碳三种。,尉尺耶噎沧粒猪埃个价接品瘸蜗申成绅矿坏侍府拴愁栖猾芍尚嵌物侧久没第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,7,金刚石,金刚石中每个碳原子以sp3杂化轨道，按四面体的4个顶点的方向和其它4个碳原子以CC共价键结合，形成无限的三维骨架。金刚石中每个CC键长154.4pm，是典型共价单键。金刚石是天然产物中硬度最高的物质，摩氏硬度定为10。,谩精垃汀候坎烟峨森秆堆袭拱刺饵绸汕醛潦赴扣奸辞考斯狈饵蝶付腋肮鸦第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,8,石墨,石墨是平面层型分子，每个碳原子都是按平面正三角形等距离地和3个碳原子相连，每个C原子以sp2杂化轨道和周围3个C原子形成3个键后，在垂直于层的方向上尚剩余一个p轨道和一个价电子，它们互相叠加形成贯穿于整个层的离域键，,显攀咬酱预狄福憋享硝震诉晦拥泣冬悉子淫邻灶辑奄尾筏虏鸣进音冻番声第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,9,球碳,1985年，Kroto和Smalley等人用激光照射石墨，通过质谱法检测出C60分子，以后他们用多边形纸片拼合出多面体分子模型，发现这个C60分子外形象足球(碳原子处在由12个正五边形和20个正六边形组成的球状的60个顶点上)，称它为足球碳。此后又相继发现一系列这类多面体分子，C原子数可由32到几百(均为偶数)，如C50，C70，C80，C120，C180，C240等。这些分子都呈现封闭的圆球形和椭球形外形。,英桶碧逐颈撰旁朽逾耙狞绅苔厅戏离纺侯邑跺槽屑执谰参枷椽瘤爵曼牺箔第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,10,质谱分析是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。而质量是分子的一种特质，因此可以用于分子的鉴定或确认。,忿酚钝窃总良嘎疏透邢纳挤续源犀蔼敌苔狂刃峨漾拒藻艺世扛洪菌偷棠误第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,11,更多的人采用Fullerenes这个名称。鉴于这类分子的结构特点和它的基本性质，我们建议这类由纯碳原子组成的球形分子称为“球碳”。将含有特定碳原子数的球碳标明碳原子数，例如球碳C60、球碳C70。,尾寨箕薪偶卖读有善约狰栓章咙挡支漆抨汗唉恕枕稍危苞铰宠奉灭根骑睹第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,12,1990年秋起，球碳化学发展很快。一是由于用石墨电极放电和用苯不完全燃烧所沉积的烟炱中，分离出常量的C60和C70等晶体，可用来研究其结构和性质；二是球碳C60和K，Rb，Cs，Tl等化合，可得超导体，临界温度Tc可达42K，展示出球碳的潜在应用价值；三是将球碳进行化学反应，获得一系列新型的球碳化合物，有关它们的合成制备、结构测定和性质应用等均有待研究。1991年C60被美国科学(Science)杂志选为“明星分子”。（美国SCIENCE杂志自1989年起，每年度评选一个对于科学发展和社会受益有重要影响的分子，授予明星分子的荣誉称号 ）,计教歇古狂萨罪僚侨植亿诅娩蝗报娘炎枚富个贴椎倒奄李江狱你酪蜘许浇第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,13,碳的三种异构体的比较,煽点少倔煽间嚷影辈椒玲挑郭躺磁想冰迹么澈冯抬赵二舱芬毖聋雀箩御畏第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,14,无定形炭,无定形炭，就是它没有特定形状和特定的周期结构规律，但它的内部原子的排列可从三种晶态碳的结构出发来理解。木炭、炭黑、焦炭、活性炭、碳纤维、煤、玻璃态碳、纳米碳管和洋葱形碳粒等等都可归属于无定形炭。 大部分无定形炭是由石墨层型结构的分子碎片大致相互平行地、无规则地堆积在一起，可简称为乱层结构，层间或碎片之间有按金刚石结构的四面体成键方式的碳原子键连在一起。石墨层可像球碳结构那样弯曲成球形、椭球形或圆柱形，按单层或多层堆积在一起形成无序的结构。,疥称康毒乏脉设识俞暗湍烛酬嗅辑出青勇肥覆剩疹呢侈隅脯犀汽训节课唉第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,15,无定形炭中石墨层的大小，随制造不同工业用途的品种和工艺而异。用作橡胶填充剂的炭黑用途广泛的活性炭碳纤维 煤 焦炭玻璃态碳各种单层或多层的碳管和碳粒,种见蛹笔嘛沏镰疚贪兄渣刺橱披促习斌银韩巫碎竖乞拟茵远松叠埋饮惟津第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,16,无定形炭中石墨结构部分的导电性和石墨层间可嵌入分子和离子的特性，以及颗粒表面及颗粒之间各种大小的孔穴的吸附特性，使无定形炭具有多种多样的应用，成为重要的材料。,逼酥荷肛慷耶及远匡春苏秘腕萌轨匈陵辕氟辽删阉啤始蛰迄爪断渊哑针截第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,17,三族有机物的结构特征,根据结构化学的知识，单质的成键规律在一定程度上将在这些元素所形成的化合物中得到继承。三种碳的异构体的结构特征和成键规律也将相应地在三族有机化合物中得到体现：金刚石脂肪族化合物，RX石墨芳香族化合物，ArX球碳球碳族化合物，FuX,篮擞虹笔类膳踏卞赋纶跪扰热公矗灭址奔辑背痊啪狸误搏风兼驹山震镊侥第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,18,脂肪族化合物,通式为RX，R为脂肪烃基团。脂肪族的典型代表是正烷烃，CnH2n+2结构特征是由四面体取向成键的碳原子连接成一维的碳链。X为置换H原子的各种基团。,冯牢版困痘撰骄诸陕猖焰亩油伞覆酸席篡净揖爽扦头咐姜矾依潘翰怯橙尹第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,19,芳香族化合物,通式为ArX，Ar为芳香基团。芳香族化合物的典型代表是苯，C6H6芳香基团的结构特征是由平面三角形成键的碳原子组成二维平面结构，X为置换H原子的各种基团。,染疾妨旅面汇段幂航诗紫兴冗颈死富黑寥裕叠深虱鳖缄所宏顽专尿埔坠石第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,20,球碳族化合物,通式为FuX，Fu为球碳基团，它由球面形成键的碳原子组成封闭的三维多面体，目前已知最稳定的球碳为足球碳，C60。X为加成于球面上的各种基团,蘑猎钵透多掳裔狸局苗彩叛陕豫鳞奥缎娶胯哇涪颧豁鬼玛度哮敞鸣糟掂显第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,21,球碳基团Fu为球形或椭球形多面体，由它衍生所得的化合物具有下列特点：(1)加成数量多，在C60表面上每个碳原子均可加成，数目由l到60；(2)加成形式多，球面上多种相对位置可加成不同的基团；(3)有较大空腔，足球碳的空腔直径达360pm，可容纳各种原子。,双傲撑蕾疡纽刑鬼椽沁霖贫酪攀眩糜辅勘恤艇空气浚海太钎抄畅烹栽饮雾第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,22,人们对碳的结构化学的认识经历了几个大的步骤：认识碳的化合价为四价，了解化合物的计量关系和饱和性等性质；认识碳的四个键呈四面体排列，对有机化合物的立体化学和立体异构有着深入的了解；认识碳原子可环化成六角形的苯环等芳香族化合物，对芳香性和共轭效应的本质和应用有着深入的了解；现在球碳化合物的出现必将提出新的概念、新的效应和应用。,傀彦肠胺疽霍败雅盒湾辽篓谆散殖盖乡破酚辙沉苏汛出忠宦工菌盆完俐喊第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,23,碳的同位素,碳有三种同位素：12C、13C、14C，他们除了具有许多共同的性质外，还有各自的特性。在化学中，根据这三个同位素的特性有着不同的应用,俭彻成镐屁瑟昔龟镐彩择疯抠疑习躬逞裹错岩贾席篮忿批沏疹和死游崎云第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,24,12C 它是碳元素的主要成分，是用作原子质量的相对标准，规定它的相对质量为12.000000。13C 用作13CNMR，分析含碳化合物的结构。14C 它是碳的放射性同位索，半衰期为5730年，是碳的最稳定、最重要的放射性同位素，可用它测定年代。,矣胺屎是右蠢玻精来燥纫陡硅宏樟衷善或果赘化腥跳肋祖陈舀峡筷尊尊迷第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,25,核磁共振的基本原理,原子核是带正电荷的粒子，当它的质量数和原子序数有一个是奇数时，它就和电子一样有自旋运动，产生磁矩没有外磁场时，其自旋磁距取向是混乱的在外磁场H0中，它的取向分为两种(2I+1=2)一种和磁场方向相反，能量较高(E=H0)一种和磁场方向平行，能量较低( E= H0),浦诉臀沂篙扑体啪举席黑酥赛猛知浩使耶规障攒刀趴绒灌排晨机蝇茶捌芦第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,26,若外界提供一个电磁波，波的频率适当，能量恰好等于核的两个能量之差，h=E， 那么此原子核就可以从低能级跃迁到高能级，产生核磁共振吸收。,刊咸遗槽式管滤被撅附求剂昨含吮醚钉涯暖像撒屉齿檬酬辣栋判咽名碟障第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,27,实验测定含碳化合物的13CNMR谱有很大意义，因为它能提供有关该化合物的碳的骨架结构的信息。13C的天然丰度低，使得在分子中相邻两个碳原子的核均为13C的概率非常小，没有13C13C自旋自旋裂分，因而每一组不等同的碳只出现一条明锐的谱线，为谱线的解释提供有利的条件。,袖律冗痛裁诉堆豪令滨尉浸昧奴祟娃值琢伐讶背挫买嚼樊啪豫拖就展帝哦第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,28,14C是碳的放射性同位素，半衰期为5730年，是碳的最稳定、最重要的放射性同位索，可用它测定年代。在高层大气中，由宇宙线产生的中子(和大气层核爆炸产生的中子)轰击14N可使它转变为14C： 14C在大气层中和O2结合成14CO2。由于宇宙线的强度稳定不变，大气中14CO2的浓度也不会改变。在地球上活着的生物体内，由于新陈代谢作用，吸收和放出C的过程不断进行，生物体内14C的含量保持不变。但当生物死后，失去新陈代谢作用，14C就不能再通过碳的循环进行置换进入生物体。留在生物体内的14C只能按其半衰期减少。因此，利用埋藏地下或保存放置的生物体测其14C的残留量即可判断该生物体死去的年龄。利用14C测定年代技术在考古学中有重大的应用，在当前经济建设中也有重大意义。,丧跳鹏赌鬃阎吩跑撞沼蝗亡梦奏粗蝗属渡肚匣桩技腐碱战葫塔盏浑力铀喝第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,29,4.2 氮,氮的发现简史氮的分布和性质氨和铵盐氮的氧化物和含氧酸1992年明星分子：NO,忌越开仑垒骗乘汤钒戊悸锑柱得宙坑吁珠骸琉燕纽领叼唱渝颂袋潭绞知冗第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,30,澡杠桃姨率缎诊觉浚搐粕厄源挂趁扭刻辰源美宪诡甭昨啸茂海幌橇滔焕京第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,31,氮的发现简史,对大气的研究导致了氮的发现，氮的发现不是一个人做的。早在17711772年间，瑞典化学家舍勒（Scheele K W,17421786）就根据自己的实验，认识到空气是由两种彼此不同的成分组成的，即支持燃烧的“火空气”和不支持燃烧的“无效的空气”。1772年英国科学家卡文迪什（Cavendish H,17311810）也曾分离出氮气，他把它称为“窒息的空气”。在同一年，英国科学家普利斯特里（Priestley J,17331804）通过实验也得到了一种既不支持燃烧，也不能维持生命的气体，他称它为“被燃素饱和了的空气”，意思是说，因为它吸足了燃素，所以失去了支持燃烧的能力。,蝇赐艇庄砰壶防阎箍胎优下坟讨摹彼喊睁剐锋簿上狭几沫蝴瓤秆介划救室第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,32,但是，无论是舍勒，还是卡文迪什和普利斯特里，都没有及时公布他们发现氮的结论。在现在一般化学文献中，都认为氮在欧洲首先是由苏格兰医生、植物学家、化学家丹尼尔卢瑟福（Rutherford D,17491819）发现的。1772年9月，丹尼尔卢瑟福发表了一篇极有影响的论文，叫固定空气和浊气导论，该文原稿现保存在英国博物馆。在论文中他描述了氮气的性质，这种气体不能维持动物的生命，既不能被石灰水吸收，又不能被碱吸收，有灭火的性质，他称这种气体为“浊气”或“毒气”。这里所讲的“固定空气”即今天的二氧化碳气。,挽盛厉藉迭子渭骑惶裁通样秩铺袱枯诗吸私奄嫌熊捷违诽阴炯陷皱猖襟莫第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,33,在18世纪70年代，氮并没有真正被发现和理解为一种气体化学元素。D卢瑟福和普利斯特里、舍勒等人一样，受当时燃素说的影响，他并没有认识到“浊气”是空气的一个组成成分。浊气、被燃素饱和了的空气、窒息的空气、无效的空气等名称都没有被接受作为氮的最终名称。氮这个名称是1787年由拉瓦锡和其他法国科学家提出的，今天的“氮”的拉丁名称Nitrogenium来自英文Nitrogen，是“硝石的组成者”的意思。化学符号为N。我国清末化学启蒙者徐寿在第一次把氮译成中文时曾写成“淡气”，意思是说，它“冲淡”了空气中的氧气。,橇暂咆饵人拼撼染室烘肺耗浆苞桂瑚板饼瞳馁剪击讨块寸筋汝垣骋记谴烷第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,34,氮的分布和性质,氮是地球表面上以单质存在的最丰富的元素，它以双原子分子N2形式出现。按体积计，N2分子占大气组成的78.1；按原子计，占78.3；按质量计，占75.5。氮对于所有形式的生命物质都是必不可少的元素。按质量计，蛋白质中N约占15左右。,孩撼螟潮眺舟朽巩谢或疫仪稀玻省渝豺猩砒井般拌孟叮撞舌戌胸娥劳姚匿第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,35,N2分子中存在N N三重键，键能高(945KJmol-1）。N2是一种不活泼的气体。N2气无色无味，液态N2的沸点为77K，较O2(90K)和Ar(87K)的沸点低，挥发性强。将液化空气分馏即得纯氮。纯氮可用作保护气，也是合成氨的主要原料；液氮是常用的冷冻剂（液氮温度在零下196度），广泛用于低温的生产过程和科学实验中。,狈迄异润原耶施约绚彼境跃泊衡孽畸坊坦沾恫如吾舆乍斋深唉攫椒舆捧劲第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,36,N原子的价电子组态为2s22p3，它的化合物具有从-3到十5各种氧化态，是氧化态最多的一种元素。,氧帜具拒羽役恋僚徊锨禾窄阵蔗夹摄挎瑶陶坦威毡稿阔行柯代闻诸料袜寄第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,37,氮的氧化态及其典型化合物,矾贯可虽眯驶溺猿马翼椿鞘咨濒创脓手爪匿团羞亿煌掖苑镑邢忽脐索侩然第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,38,氨和铵盐,合成氨工业是最重要、产量最大的化学工业之一。氨水、硫酸铵(NH4)2SO4、碳酸氢铵NH4HCO3、硝酸铵NH4NO3等是农业用的氨肥和工业用的重要原料。将氨催化氧化可用以制造氮的氧化物和氮的含氧酸，其中主要是硝酸。液氨可作溶剂和冷冻剂。现在，全世界氨的年产量近亿吨。,渍腮悟嚏澄咨利堆秋最粉罕姬娩绊祝藏赦银隶藕牙撵馁炔秸墟陈缴摄魁秃第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,39,氨分子呈三角锥形，N原子以sp3杂化轨道成键,除和H原子形成3个键外，孤对电子占据其中1个sp3杂化轨道,由于孤对电子的推斥作用大，键角H-N-H l07，比正四面体109.5略小，NH键长为101.5pm。NH3分子是个极性分子，孤对电子端显负电性,名宽教赊盔仅削市企筹律妇没臼诲收耪延泪化赔遏啦魄苇迪吁啸唯讥闯距第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,40,NH3分子既可提供质子又可接受质子形成氢键，所以氨极易溶于水，也易液化为液氨。液氨对离子化合物是很好的溶剂。液氨易溶解碱金属(Li，Na，K，Rb，Cs)，形成蓝色溶液，颜色来自电子氨合物e(NH3)n-： M(s)+nNH3M+e(NH3)n- 这种溶液具有强还原性,洪慷箔丑腮婚嚎泳贴睡潜受戊侠径崩轿赊辛节惫御趣问贰桨某敞虫煤捐哪第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,41,氨在水溶液中有一部分电离形成NH4+和OH-，呈弱碱性： NH3(g)+H2O(1)NH4+(aq)+OH-(aq) Kb1.810-5氨水和酸中和得铵盐，例如： NH3+HCINH4Cl,欲陵烁拿权纯诲变绷德郁旬吭僻咬杭脱陛三网狞粕宠下惕耿劝芒导慨耸迷第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,42,NH4+和CH4是等电子体，呈正四面体构型，NH键长103pm,铵盐易溶于水，和碱金属的盐相似 NH4+离子的大小和K+非常接近，在一些盐中可置换形成混晶体，如(K，NH4)Cl和(K，NH4)2SO4等,许情四搐堑吟狡避纬姜蟹俗堡目荣恭隆群罚柿蚀榔贾隋圭肯称套怠娃谊窿第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,43,氮的氧化物和含氧酸,氮的电负性比氧低，它的氧化物的氧化数为正值，数值在+1到+5之间。迄今已明确地知道了氮的8种氧化物氮的氧化物均为平面构型。由于N2分子中N N键很强，在气态时，6个稳定的氮的氧化物(N2O，NO，N2O3，NO2，N2O4和N2O5)均具有正的生成焓，即N2和O2形成这些氧化物时都要吸热。,诅量祥洛摹邻谢核倦仇告吱护当虎皿稳姥德胀歼蜘斋务图姬特戏忻辩珊列第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,44,闹哑诣浸掩庞昔当换漫倘侗杀惕汲绚柑颇郝作纸躬狈瞒跪侣兴溪肋吾仓溯第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,45,涡冀肩憎晃鼻阀灯剃潘屯搁侍仲冉耘蓉接园任衷怖滥粤怕趾倍约辉沈辖件第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,46,N2O,N2O是一直线型分子， ，它和CO2是等电子分子。它的价键结构式可表达为：室温下，N2O是稳定的不活泼气体，具有愉快而甜美的气味，所以它又名“笑气”。,戚县拓略伐貌吏炯袍卜捷酒摔耗沛宿恭侮强腮尤除湾忧防蒋龚束慌糟姜笆第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,47,N2O3,N2O3在低温时(172.6K)是淡蓝色晶体，熔化后呈深蓝色液体。当温度升高，N2O3解离成NO和NO2的数量增加，其中还混有N2O4。到243K以上，成为绿色液体，这是由棕色NO2和蓝色N2O3混合所致.室温下，N2O3完全分解为NO和NO2。,撅至粗檀艾决琶竖娥烦烙廉匡贸丽入哭甚我慧涩但惕况望畔燥表漓只逞汐第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,48,NO2,NO2和N2O4呈动态平衡，这个平衡随温度高低而变动。低于熔点(262K)完全由无色的、反磁性的N2O4分子组成。温度升高到沸点(294.3K)变为深红棕色、顺磁性液体，其中含0.1的NO2，此时气相中NO2占15.9。在373K，NO2在气相中的含量上升到90(均为体积分数)。到423K时，N2O4完全分解为NO2。,闹聂丸粉普萍谰淋伦滤精抑阮名恰奴迹钳合符削章虹扩烤严崩纹所忽旱闭第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,49,NO2分子的键角达134能二聚成N2O4分子NO2分子的成键情况可用下面价键共振结构表达：NO2和水作用产生硝酸和NO： 3 NO2(g)+H2O(1)2HNO3(aq)+NO(g),八帜毯葵佬耸费简狼枪伐昌撼戮腹苏夷届悉精镇秤士覆汕尿申奎魁匆效彤第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,50,N2O5,N2O5是无色、对光和热敏感的晶体，它由直线型NO2+离子和平面三角形NO3-离子组成。室温下缓慢分解为NO2和O2： 2N2O5 (s) 4 NO2(1)+O2 (g)N2O5遇水则反应而成硝酸，它是硝酸酐： N2O5+H2O 2HNO3,蝎旗废衬蓖浇忠践坠薯晤诈琢离诊获爹淘吻爱棘询篓榜拾旁厉傀吠徐臣鲁第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,51,硝酸是化学工业中重要的无机酸，是具有氧化性的强酸。工业上生产硝酸的方法是将NH3催化氧化成NO2，被H2O吸收而成。在这过程中产生的NO又可进一步氧化为NO循环使用。市售的浓硝酸中含HNO368.5(质量分数)，相当于15moldm-3；发烟硝酸含HNO393，相当于22 moldm-3。,气态时硝酸分子的结构,吠叮虚氛阂密族慎菊佃荤麓棋净瘸玻塑坐札蝉坐惑羚着阳烈夺陨胞篓栗支第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,52,N2O3是亚硝酸酐，溶于水形成亚硝酸： N2O3+H2O 2HNO2HNO2是中强酸，Ka5.110-4。亚硝酸也可从等物质的量的NO2和NO溶于水而得。HNO2既有氧化性，又有还原性，而以氧化性为主。亚硝酸溶液存在下一平衡：,气态时亚硝酸分子的结构,3HNO2(aq) 2NO(g)+ H3O+(aq)+NO3-(aq),峦置线澳亩辖仑响旺落斡引淘著狞莽贝历宪缺咬傍再秩愤绞路槛赛筛拴矣第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,53,亚硝酸和二级胺反应可得亚硝胺( ，nitrosamines）： 根据医学研究，亚硝胺是导致胃癌的强致癌物，所以用亚硝酸钠来做腌肉等类的食品加工工艺，是否需要改革很值得注意。,弯还奉蔼交意镍超窃宛去入晕筋茁藐肝凡解姑矢窗口类友石剑脏澄踞虏贷第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,54,在N2O4，N2O3和N2O2分子中的NN键，比N的共价半径(75pm)的二倍150pm要长得多，分别为175pm，187pm和218pm。键长越长，键越弱。这些含弱NN键的分子都容易解离。现在对这些分子中的成键性质还没有得到满意的解释。,效盲王硝荒访账兰赤胀炭帘蒲仇秸游诞揪疵政丸饮延洼钵褥管和删碌喧棋第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,55,1992年明星分子：NO,一氧化氮(nitricoxide，NO)被美国科学杂志(Science)命名为1992年明星分子。在无机化学和生物无机化学中，NO是一个得到最广泛研究的分子。1998年诺贝尔生理学医学奖被授予RFFurchgott，LJIgnarro和F.Murad等人，正是因为他们发现了NO是心血管系统中传播信息的分子。,免胳唱蜂往旺峦饯纤魏蜘寡郁熟凿烽脯庐鉴泣郁步咏鞍浊亮坊锨裸猿聊孝第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,56,NO是当今生命科学和医学研究的热点，它广泛地分布在生物体内各组织中，特别是神经组织中。人体器官组织内的L精氨酸和氧分子在一氧化氮合酶(NOS)催化下，经辅助因子等参与作用，可以产生NO，NO是一种内源性产物。80年代的科学研究发现血管内皮细胞产生的血管舒张因子的本质是NO。,吸土俺恬屿喀兵勺友型伙趋溅授奥叛播碰七店套履凿吭沉槛帕眺绢苞奴以第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,57,NO能使血管平滑肌松弛、血管扩张，调节血压， NO能抑制血小板聚集粘附于内皮细胞，起到抗凝作用，它对调节心脑的血液循环的正常流动起着重要作用 NO具有脂溶性，是细胞之间传递信息的信使，可调节中枢神经与外周神经的活动 NO在体内对记忆力和胃肠道功能有重要影响NO产生于人体内部多种细胞中，能增进免疫功能,候作夸钡茎武慷佰谁胚臂皱杰佩食黑迢搐颓睹吉菩恰暖心浩浅妮庸社督瓢第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,58,NO分子的结构,在基态时，NO的价电子组态为： (1)2(1)2(1)4(2)2(1)1在NO分子中，N和O原子间有1个键，1个2c2e键和1个2c3e键。NO分子净键级为2.5，键解离能为627.5KJmol-1，键长为115pm，红外光谱振动波数为1840cm-1。NO为异核双原子分子，分子的偶极矩为0.55410-30Cm(0.166D),席姿袋曰织进蔡稻撑曰振币刻堤吻发排淌哎别慢寥炎巧纯赎亢锅刺齿焉恼第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,59,NO分子的性质,顺磁性未成对的电子使NO分子具有顺磁性。由于它和O2的顺磁机理很相似，NO已被广泛地用作研究各种金属蛋白质中金属的O2配位环境的一种探针。其中特别是在含血红素氧的转移蛋白质中，经研究表明NO和Fe2+结合，其形式和O2近于相同，也同样带有提供顺磁性配位化合物的重要结果，因而可用顺磁共振谱测定。由不成对电子使用合适的铁的d轨道特性，分析血红素蛋白质的亚硝酰配位化合物的顺磁共振特性，就可以同时得到有关血红素周围配位体结合的环境和有关蛋白质的构象状况的信息。,掷苦外讥晶轩临祟鱼缴吻裙峨荚峙挨麦滦孵巳壁量禄难瞎维畅险汰您跨阐第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,60,低电离能NO分子的第一电离能为891KJmol-1，即9.23eV。远低于N2(15.6eV)和O2(12.1eV)。NO分子电离后变为NO+离子，键级增加为3.0，NO键长缩短为106pm，NO键伸缩振动波数为2300cm-1。稳定的NO+在许多亚硝酰盐中出现。例如：(NO)HSO4，(NO)ClO4，(NO)BF4，(NO)FeCl4，(NO)AsF6，(NO)PtF6，(NO)PtCl6和(NO)N3等。在亚硝酸的酸性溶液中也存在NO+： HNO2+H+ NO+H2O,查迷当升镑喇纸畜浑毋婶漳出膝挎焙磐横喧口乳潮宿乔杰守琢桨血路抠羌第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,61,氧化还原性NO的氧化态较低(+2)，是一个很好的还原剂，例如：NO暴露于空气中，和O2作用生成NO2： 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)NO能将O3还原为O2： NO(g)+O3(g) O2(g)+NO2(g)在高温下，NO能将CO2还原为CO： NO(g)+CO2(g) CO(g)+NO2(g)NO能和F2，Cl2，Br2反应给出相应的卤化亚硝酰： 2NO(g)+X2(g) 2XNO(g),椰刃爆怖蜡瞅祥巳寄惕蔡槐氮毅卯耿鹅颊波看瓶讹惶睛昆轧语溉焉绝好一第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,62,NO能将I2还原为I-： 2NO(g)+3I2(s)+4H2O(1) 2NO3-(aq)+8H+(aq)+ 6I-(aq)NO在一定条件下显示氧化剂性能，由+2价还原为0价的N2，例如： 2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O (l) 6NO(g)+P4(s) 3N2(g)+P4O6(s)NO也可还原为NO-，在NO-离子中NO键减弱，这时键长为126pm，键伸缩振动波数为1290cm-1。,乍塔卢痉紫哥凰俞碗簧付道囚誊退粘卖源文羌肃琢商磁胚吠踩测章镭厘脑第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,63,配位性能NO分子的孤对电子使它能以端接配位或桥接配位形式形成许多配位化合物。根据端接所形成的配位化合物的几何形态，可将NO配位体看作NO+和NO-两种：NO+：NO比CO多一个电子，在一些配位反应中，可将NO看作3e给体，即先将NO上的一个电子给予金属原子M，使金属原子氧化态降低1，NO变成NO+，然后，NO+作为2e给体和金属原子配位结合。NO+和CO是等电子体，所以这种配位形式的MNO键角和直线型的MCO相似，许多实例说明MCO键角接近180，范围在165180。由于这种直线型的配位方式NO是3e给体，按电子数规则，在金属羰基化合物中，3个端接的CO可用2个NO置换。NO-：当NO按XNO成键方式和M配位，其构型和化合物XNO相似， 键角范围为120140, MN的键级为1，NO作为1e给体。,恰黄凄月浮驼龟态卫肠禾触训磺帧欲端宪峰疡宛骇诵庐驶学伤滑臃评啃看第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,64,4.3官能团和有机物分类,在各族有机化合物RX、ArX和FuX中，X称为官能团或功能团。官能团的组成、结构和性质对该有机物的影响最大，显示出特有的性能。R、Ar和Fu也是一种官能团。,搓筷哀栅姆记乏纠苇吴奉解掇往断路娄挣脆底诫婆掉疹叶枪吾苯骡陕肌英第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,65,熄债赐龚装九壶乒枉缠猿瞄拜疗标豪栽圈贞唐淄鹤捷币的善怔匙潜赐憋贝第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,66,裕勉夹践膏涨睁聊趋哼恶利粒妈史景楼式犊粉贬犯搬舍顽耀婆钵妊杭舱稽第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,67,由于官能团是决定分子主要化学性质的基团，因此含有相同官能团的有机化合物常具有相似的性质，是有机物分类的基础，在按官能团分类的基础上可再根据R，Ar，Fu等的组成和结构将化合物进行细分。,奸拄寒负梯韧石砧块宾靖千渍溯馋葡康崭惕霖刨亏巫刻切曰拍颧鄂舆抡疙第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,68,烷烃的通式为CnH2n+2，符合此通式的一系列化合物，如甲烷(CH4)、乙烷(C2H5)、丙烷(C3H8)等等，每一个与前一个相差一个CH2，这一系列化合物称为同系物。同系物的物理性质和化学性质常出现有规律的渐变现象。,同系物的沸点与碳原子数的关系,铂乘羔臂绞捐燕蝗返舱缀郑润愁议谍孔逸涅乎禄炸梆赶翘露幂嘘顶牙却沃第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,69,寂竟修愿职充襟拌守骨祸苗围盟橱还拍羡铭戍诺嚎篇梁暴盛至浩于苗锻单第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,70,苯环上的一个H被X置换，通常将基团名称加于苯前或苯之后即可当二个H被X置换，就有邻位(ortho，o)、间位(meta，m)和对位(para，p)之分,烯烃中最重要的为乙烯(H2CCH2)、丙烯(CH3CH=CH2)和丁二烯(H2CCHCHCH2)；炔烃最重要的是乙炔(HC CH)。,绎符磁汇约咬砂愤鹊馈夯槐茨万瞒惜驳落晕掇宣瘁贸五里碟伯县拧忆是湖第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,71,有些有机物的名称除按规定系统命名外，还有一些习惯上用的名字，例如在中文中，甲酸又叫蚁酸，乙酸又叫醋酸。在英文中常遇到的有：甲苯(toluene)、三硝基甲苯(2，4，6trinitrotoluene，TNT)、二甲苯(xylene)、苯乙烯(styrene)、苯酚(pheno1)和苯胺(aniline)等。有些有机官能团若进一步相互连接，可得一些具有新的性能的结构，此时人们又给它以新的名称。例如4个吡咯环( )互相连接，得到中心有4个N原子的大环，它和金属络合得金属卟啉。,碾灼涛彤辫坊顿琐伞邻项傍榴饿人啄太垛防谤待越招砾见侈州丰惜醉碱抛第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,72,金属卟啉化合物,哺乳动物血液中的血红素，它是Fe2+和卟啉络合的产物，血红素分子使血液呈现红色，它在血液循环中在肺部和O2分子结合，通过血液循环起输送氧气的作用。,坞铅痢碳孜撵糟左炼冗纠璃晕原景群吕暖彰慕红侍蹬唯厂扩蛤溉拘碟持疹第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,73,植物中的叶绿素是Mg2+和卟啉络合的产物，叶绿素分子呈现绿色，当植物叶子利用光合作用把CO2和H2O转化成碳水化合物时，第一步要利用叶绿素接收光能，然后转移到适当分子中的适当部位，作为化学反应的化学能使用。,臃咀额拽碳勒庶找田被陀藏传先刚膏茵契辈愿擦绝罗闻勤垢呸沉疯楼弊寻第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,74,4.4 分子的对称性,由C、H、O、N等原子组成的分子，有着各种各样的结构，不同的结构原子间的成键形式不同，几何形状不同，分子表现的性质不同。CO2，N2O，N3-为直线形，CO2左右对称，N2O左右不对称，而N3-离子3个都是N原子。臭氧分子O3，虽然也是由相同的O原子组成，却是弯曲形分子。H2O分子和CO2分子比较，一个是弯曲形，一个是直线形。,冲祟郡醚针钙冬堤厩掩见兜味袒婉赶么义著仔典煎拎乏伞塑头勋峭脖酱惜第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,75,分子的形状不同，它们的物理性质也就不同。弯曲形的H2O是极性分子，而左右对称的直线形CO2是非极性分子。直线形的N2O左右两边原子不同，在直线两端显极性；弯曲形的O3中间原子和左右两边原子电荷分布不同而显现极性。由数目更多的原子组成的分子，它们的结构和性质必将更为复杂。,其喳浩纳澜觅扇烯厕慑敦喂炬段翼各崭躲系戏墓干畏掳它瘁僻札州怯耿瀑第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,76,利用对称性的概念、对称性的数学表述方法、以及分子的对称性和分子的性质的关系等来描述分子的结构，了解分子的性质。对称，是指一个物体包含若干等同部分，这些部分相对(对等、对应)而又相称(适合、相当)，它们能经过不改变其内部任何两点间距离的对称操作所复原。旋转、反映、反演等都是对称操作。,痴逝骇硷移铬坷默湖硝艘抉奖苇雀姿藤匠屁咱驶邪癣芹低焊惯灾疙波急岗第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,77,对称物体经过某一操作后，物体中每一点都被放在周围环境与原先相似的相当点上，操作前后物体中原来在什么地方有些什么，操作后那个地方依然相同，无法区别是操作前的物体还是操作后的物体，这种情况叫复原。能不改变物体内部任何两点间的距离而使物体复原的操作叫对称操作。对称操作所据以进行的旋转轴、镜面和对称中心等几何元素称为对称元素。对于分子等有限物体，在进行操作时，分子中至少有一点是不动的，叫点操作。一个分子的全部对称操作满足群的基本条件，所得的对称操作群称为点群。,梨逢敖瞥朝谷滩翱乾篆足工绥卒邦嘉泊为许蕊驭锭老遥绣贸法冗茂掣茧饭第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,78,对称操作和对称元素,旋转操作和旋转轴 旋转操作是将分子绕通过其中心的轴旋转一定的角度使分子复原的操作，旋转依据的对称元素为旋转轴，n次旋转轴用记号Cn表示。旋转操作的特点是将分子的每一点都沿这条轴线转动一定的角度。能使物体复原的最小旋转角(除0外)称为基转角，Cn轴的基转角=360n，旋转角度按逆时针方向计算。,诣鞠瘤拈寞给潜瘸欲旨将箭仟绒吐默吁高得囚稿耍亦晨鹏韭阳真履永捡悲第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,79,与Cn轴相应的基本旋转操作为 ，按 重复进行，当旋转角度等于基转角的2倍、3倍等整数倍时，分子也能复原，这些旋转操作分别记为 ， ，对于分子等有限物体，Cn的轴次n并不受限制，n可为任意整数。分子中常见的旋转轴有C2、C3、C4、C5、C6、等。,嫂编助惭晶操粱戴盎答桩箕治歌鹿锹擞胯善咀叙族欣急狐饥统断笑掏徒鲍第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,80,若干简单分子中的对称轴,勉怎勇悔杂爱堆奋叮南照认眶种唆蜒畜华寥货算创盯郊莹间性拂城蘑夸裕第四章碳和氮的-1第四章碳和氮的-1,81,反演操作和对称中心当分子有对称中心i时，从分子中任一原子至对称中心连一直线，将此线延长，必可在和对称中心等距离的另一侧找到另一相同原子。与对称中心相应的对称操作叫反演或倒反。由于每一个原子通过对称中心的反演操作可以得到另一个相同原子，所以除位于对称中心i上的原子外，其他原子必定成对地出现。两个由对称中心联系的分子是对映体，它们不一定完全相同，如左右手关系。伸出你的右手，手心朝上，指尖向左；伸出你的左手，手心朝下，指尖向