材料的組成結構性能之間的關系?3.3.2範德華力、次價力和氫鍵上一節講的是分子内部的力:化學鍵接下來講的是分子與分子之間的力,今天小編就來聊一聊關于材料的組成結構性能之間的關系?接下來我們就一起去研究一下吧!
3.3.2範德華力、次價力和氫鍵
上一節講的是分子内部的力:化學鍵。接下來講的是分子與分子之間的力。
3.3.2.1範德華力
分子間相互作用包括範德華力、氫鍵、疏水作用等,比化學鍵要弱得多。分子間相互作用力存在于所有分子中。
範德華力包含:取向力、誘導力和色散力
範德華力的特點:
範德華力分為三種:
非極性分子與非極性分子間的作用力:色散力
非極性分子與極性分子間的作用力:色散力 > 誘導力
極性分子與極性分子間的作用力:色散力 > 取向力 > 誘導力
隻有分子極性很大時:取向力>色散力>誘導力
3.3.2.2氫鍵
氫鍵在第二章的液體一節2.3中已經講過,這裡不再贅述。氫鍵的鍵能一般為5-50kJ/mol
3.3.2.3次價力
普遍存在于高分子化合物和生物大分子中非鍵合原子間、基團間、鍊之間作用力的總和,包括氫鍵和分子間力(與之相對的是主價力:化學鍵)
次價力常用來解釋高分子的物理性質:耐熱性、溶解性、導電性、機械性能
高分子化合物中,質量和鍊長,次價力越大,高分子化合物次價力用内聚能和内聚能密度表示。内聚能:液态或固态分子克服次價力轉移到其遠離其臨近分子所需要的能量,單位體積内聚能叫做内聚能密度
課堂習題:比較化學鍵、氫鍵、範德華力這三個結構化學中的相互作用力大小?(答案見文後評論區)
3.3.3高分子材料
高分子有四級結構,結構複雜,導緻其性能不同
3.3.3.1主要性能:
1)溶解性:
相似相容規則:聚合物基團與溶劑極性相同溶解度大,即是極性越接近的物質越容易互溶。(備注:這裡指的是聚合後的高分子而不是其單體)
溶度參數相近原則:(溶度參數相差小于3.1(J•cm-3)1/2)溶度參數為内聚能密度的平方根。
溶劑化規則:親電子溶劑易溶給電子高分子,給電子溶劑易溶親電子高分子
2)機械性能
機械性能:拉伸強度/壓縮強度/彎曲強度/抗沖擊強度等
影響因素:主鍊結構/鍊接方式/規整性/交聯強度/結晶度等
一般說來,對于相同種類的高分子化合物,聚合度越大,拉伸強度/抗沖擊強度越大。(可以理解成分子量越大機械強度越大)
3)導電性能
通常高分子材料都是電的絕緣體
對于交流電來說,由于極性極端在交流電下反複作用,其絕緣性能會受到破壞
導電高分子:聚噻吩
由于高分子的絕緣性能,其材料表面容易産生靜電作用,靜電電壓一般都比較大,幾百伏到幾千伏不等,最大可到10萬伏。一般說來,為了保證操作時的安全,高速運轉的機器和高分子絕緣材料都要有接地線。
大部分情況下,靜電作用是有害的,消除靜電的方法是采用表面活性劑和添加導電高分子。有些時候靜電作用也可以利用:靜電除塵/複印等
3.3.3.2高分子材料的分類
1)塑料:可塑性材料,主成分為合成樹脂,一般為線性高分子
分為熱固性(一次成型)/熱塑性(多次成型)
六大塑料:
聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料、氨基塑料(按産量歸類)
2)橡膠:高彈性的輕度交聯的線性高分子化合物
使用:主要利用其高彈性性能
天然橡膠:異戊二烯的高聚體組成。天然橡膠以順式為主
順式聚異戊二烯
反式聚異戊二烯
耐氣候性最好的是氟橡膠和矽橡膠
氟橡膠:耐高溫,密度小
矽橡膠:耐高低溫,不易燃(耐高溫和不易燃是兩種不同的性質)
3)纖維
有一定拉伸能力的線性高分子
纖維分為天然纖維和合成纖維
辨析:纖維和纖維素?
纖維素是天然纖維的一種。纖維是高分子化合物,纖維素是多糖的一種
4)膠黏劑
分類:天然膠黏劑和人工合成的樹脂型膠黏劑
組成:黏劑、固化劑、填料、其他附加劑(增韌劑/抗氧化劑)
黏合機理:粘合劑表面含有極性基團,被黏合物質表面表面也要有極性基團
這些極性基團主要有-NH2,-COOH,-OH,-CO-等
5)塗料
作用:保護、裝飾、标志等
塗料的主要成分和主要污染源頭
3.3.3.3常見的高分子化合物
集中常見的高分子材料
舉例說明:
聚酯類代表是聚己二酸己二醇酯,代表商品是食品或者農業用薄膜
聚氨酯代表是聚己二酸己二胺,代表商品是泡沫材料:比如家電紙箱内為了防止運輸過程中碰撞而在紙箱和家電之間放置的泡沫等。
聚四氟乙烯:這是一種耐高溫的塑料,可以放在普通的火上烤而不熔化。
聚有機矽氧烷是一種非碳鍊的高分子(矽鍊),有着普通高分子的性質,但因為沒有碳鍊,是非易燃物。
下一節我們講晶體缺陷和半導體的相關知識
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