《幾類其他聚集狀態(tài)的物質(zhì)》知識清單 高二下學(xué)期化學(xué)魯科版（2019）選擇性必修2

《幾類其他聚集狀態(tài)的物質(zhì)》知識清單一、教材版本與相關(guān)信息教材版本：魯科版冊別：選修章節(jié)：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第3章物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì)第4節(jié)類型：知識清單二、知識要點（一）液晶1、液晶的定義與發(fā)現(xiàn)歷程液晶可不是一種簡單的物質(zhì)狀態(tài)哦。它是一種介于液體和晶體之間的中間態(tài)物質(zhì)。就像在物質(zhì)世界里找到的一個特殊“橋梁”，連接著液體的流動性和晶體的有序性。在早期，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)有些物質(zhì)具有奇特的性質(zhì)，它們看起來像液體，能流動，但是又有晶體的某些特性，比如光學(xué)各向異性。這就好比一個東西看起來是液體的模樣，但是在光學(xué)這個特殊的“舞臺”上，它卻有著晶體一樣的獨特“表演”，于是液晶這個特殊的概念就誕生啦。2、液晶的結(jié)構(gòu)特點液晶分子的形狀那可是很有講究的。它們通常是棒狀分子或者盤狀分子。這些分子在排列上是有序的，但又不像晶體那樣嚴(yán)格的晶格排列?？梢韵胂蟪梢蝗盒W(xué)生排隊，雖然有一定的隊形（有序性），但是又不像軍人方陣那么整齊（不如晶體排列嚴(yán)格）。這種特殊的排列結(jié)構(gòu)使得液晶對光、電、磁等外界因素非常敏感。比如說，當(dāng)施加一個電場時，液晶分子的排列就會發(fā)生改變，從而導(dǎo)致液晶的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。這就是液晶顯示器（LCD）的基本原理啦。3、液晶的性質(zhì)與應(yīng)用性質(zhì)方面：液晶最顯著的性質(zhì)就是光學(xué)各向異性。什么叫光學(xué)各向異性呢？就是說在不同的方向上，液晶對光的傳播和折射情況是不一樣的。就像不同方向的“道路”對光這個“小行人”的引導(dǎo)是不同的。應(yīng)用方面：那可太多了。我們?nèi)粘Ｉ钪械囊壕э@示器（LCD）是最常見的應(yīng)用。在手機屏幕、電腦顯示器、電視屏幕等地方都能看到它的身影。因為通過控制液晶分子的排列，就可以控制光的透過與否，從而顯示出不同的圖像。而且在一些高級的溫度計中也會用到液晶，因為液晶的顏色會隨著溫度的變化而變化，這就像是液晶自己帶了一個“溫度探測器”，可以很直觀地顯示溫度的高低。（二）納米材料1、納米材料的概念與尺度范圍納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1~100nm）的材料。這個尺度可小啦，就像把一個大的物體縮小到非常非常小的程度。比如說，1nm就相當(dāng)于十億分之一米，這是一個超級小的長度單位?？梢韵胂蟀盐覀兤綍r看到的東西縮小到這么小的尺寸，那它們的性質(zhì)可就大不一樣了。2、納米材料的特性小尺寸效應(yīng)：當(dāng)材料的尺寸小到納米級別時，就會出現(xiàn)一些奇特的現(xiàn)象。比如金屬納米顆粒，它的熔點會比塊狀金屬低很多。這就好比一個小冰塊比一個大冰塊更容易融化一樣。原因是納米顆粒的表面原子占比很大，表面原子的活性比較高，所以整個納米顆粒的性質(zhì)就發(fā)生了變化。表面效應(yīng)：納米材料的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨著粒徑的變小而急劇增大。這就使得納米材料的表面能很高，從而表現(xiàn)出很強的化學(xué)活性。比如說納米級的催化劑，由于其高表面能，它的催化效率比普通催化劑高很多。就像一個超級活躍的小助手，能讓化學(xué)反應(yīng)更快地進(jìn)行。量子尺寸效應(yīng)：當(dāng)納米粒子的尺寸下降到某一值時，金屬費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象。這就像在一個大的能量“階梯”上，原本是連續(xù)的臺階，到了納米尺度就變成了一個個分開的小臺階。這種效應(yīng)會影響納米材料的光學(xué)、電學(xué)等性質(zhì)。3、納米材料的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，納米材料可是個大明星。比如說納米藥物載體，它可以把藥物包裹在里面，然后準(zhǔn)確地送到病變細(xì)胞那里。就像一個精準(zhǔn)的“快遞員”，只把包裹送到需要的地方，避免了對正常細(xì)胞的傷害。在環(huán)境保護(hù)方面，納米材料也有很大的作用。例如納米級的吸附劑可以吸附空氣中的有害氣體或者水中的污染物。它就像一個小小的“清潔衛(wèi)士”，把環(huán)境中的“壞東西”都給抓住。在電子工業(yè)中，納米材料更是無處不在。納米晶體管的應(yīng)用使得電子設(shè)備變得更小、更高效。就像把一個大的電子元件縮小成一個小小的“精靈”，但是功能卻更強大了。（三）等離子體1、等離子體的定義與形成條件等離子體是由大量的自由電子和離子組成的物質(zhì)狀態(tài)。它的形成需要一定的條件呢。一般來說，當(dāng)氣體被加熱到很高的溫度或者受到很強的電磁場作用時，氣體分子就會被電離，形成等離子體。可以想象成一群原本很安靜的氣體分子，在高溫或者強電磁場這個“大刺激”下，就變成了由電子和離子組成的“活躍團(tuán)體”。2、等離子體的性質(zhì)導(dǎo)電性：由于等離子體中有大量的自由電子和離子，所以它具有很好的導(dǎo)電性。就像一條由電子和離子組成的“導(dǎo)電高速公路”，電流可以在里面暢通無阻。發(fā)光性：等離子體在特定的條件下會發(fā)光。這是因為電子在不同的能級之間躍遷時會釋放出光子。就像電子在不同的“能量樓層”之間跳來跳去，每跳一次就會發(fā)出一道光。3、等離子體的應(yīng)用在照明領(lǐng)域，等離子燈就是利用等離子體的發(fā)光性質(zhì)制造的。這種燈的亮度很高，而且顏色可以調(diào)節(jié)，非常炫酷。在材料加工方面，等離子體刻蝕是一種重要的技術(shù)。它可以精確地在材料表面刻蝕出各種圖案和結(jié)構(gòu)，就像一個超級精細(xì)的“雕刻師”，對材料進(jìn)行加工。在核聚變研究中，等離子體也扮演著重要的角色?？茖W(xué)家們試圖利用等離子體來實現(xiàn)可控核聚變，一旦成功，那將是解決人類能源問題的一個巨大突破。（四）物質(zhì)聚集狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系1、液晶的轉(zhuǎn)化液晶的狀態(tài)可以隨著溫度、電場等外界因素的變化而在液晶態(tài)、液態(tài)、固態(tài)之間轉(zhuǎn)化。比如說，當(dāng)溫度升高時，液晶可能會從液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，就像一個人在溫度升高時從穿毛衣（液晶態(tài)的有序性）變成只穿單衣（液態(tài)的流動性更強）。而當(dāng)施加電場時，液晶分子的排列發(fā)生變化，也可能導(dǎo)致狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。2、納米材料的轉(zhuǎn)化納米材料在不同的制備條件下可以形成不同的聚集狀態(tài)。例如，納米顆?？梢酝ㄟ^一定的方法組裝成納米線或者納米薄膜等不同的結(jié)構(gòu)。這就像用小積木（納米顆粒）可以搭出不同的形狀（納米線、納米薄膜等）。而且在某些反應(yīng)中，納米材料的聚集狀態(tài)也可能發(fā)生改變，從而影響其性質(zhì)和應(yīng)用。3、等離子體的轉(zhuǎn)化等離子體在失去電離條件（如溫度降低或者電磁場消失）時，可能會重新轉(zhuǎn)化為氣體。就像一群解散的“活躍團(tuán)體”又重新變回原來安靜的“居民”（氣體分子）。三、拓展知識（一）液晶技術(shù)的新發(fā)展1、柔性液晶顯示器現(xiàn)在的液晶技術(shù)可不止是用在那些硬邦邦的屏幕上啦。柔性液晶顯示器正在逐漸走進(jìn)我們的生活。這種顯示器可以彎曲、折疊，就像一張紙一樣。想象一下，你的手機屏幕可以像卷紙一樣卷起來放在口袋里，是不是很神奇呢？這是通過改進(jìn)液晶的材料和制作工藝實現(xiàn)的?？茖W(xué)家們找到了更適合彎曲的液晶材料，并且優(yōu)化了液晶在柔性基底上的排列和控制方式。2、液晶在智能穿戴設(shè)備中的應(yīng)用在智能手表、智能手環(huán)等穿戴設(shè)備中，液晶也發(fā)揮著重要的作用。由于液晶可以根據(jù)不同的顯示需求快速調(diào)整，而且功耗比較低，所以非常適合在這些小型設(shè)備中使用。它可以顯示時間、運動數(shù)據(jù)、健康信息等各種內(nèi)容，就像一個小小的信息窗口，隨時為你提供你需要的信息。（二）納米材料的安全性問題1、納米材料對人體健康的潛在影響雖然納米材料有很多神奇的應(yīng)用，但是它的安全性也引起了人們的關(guān)注。因為納米材料的尺寸很小，它們可能會更容易進(jìn)入人體細(xì)胞。比如說，一些納米顆粒如果進(jìn)入人體，可能會與細(xì)胞內(nèi)的生物分子發(fā)生相互作用，從而影響細(xì)胞的正常功能。就像一個小的“入侵者”進(jìn)入了細(xì)胞這個“小城堡”，可能會打亂里面的正常秩序。2、納米材料在環(huán)境中的殘留與擴(kuò)散納米材料在生產(chǎn)和使用過程中可能會釋放到環(huán)境中。由于它們的特殊性質(zhì)，可能會在環(huán)境中殘留很長時間，并且可能會隨著水流、氣流等擴(kuò)散到更遠(yuǎn)的地方。這就像一些小小的“種子”，被撒到環(huán)境這個“大花園”里，可能會到處生根發(fā)芽（擴(kuò)散），而且很難被清理掉。所以，如何控制納米材料在環(huán)境中的殘留和擴(kuò)散，是當(dāng)前研究的一個重要課題。（三）等離子體在航天領(lǐng)域的應(yīng)用1、等離子體推進(jìn)器在航天領(lǐng)域，等離子體推進(jìn)器是一種很有前途的推進(jìn)技術(shù)。與傳統(tǒng)的化學(xué)推進(jìn)器相比，等離子體推進(jìn)器的效率更高，可以為航天器提供持續(xù)的小推力。就像一個一直努力工作的“小助手”，雖然推力不大，但是可以長時間地推動航天器前進(jìn)。這對于深空探測等任務(wù)非常重要，因為在長時間的太空飛行中，持續(xù)的小推力可以讓航天器更快地到達(dá)目的地。2、等離子體防護(hù)層當(dāng)航天器在太空中飛行時，會受到太陽風(fēng)等高能粒子的沖擊。等離子體防護(hù)層就像一個“盾牌”，可以保護(hù)航天器免受這些高能粒子的傷害。它是通過在航天器周圍產(chǎn)生一層等離子體，利用等離子體與高能粒子的相互作用，來分散和吸收高能粒子的能量。四、相關(guān)習(xí)題（一）基礎(chǔ)鞏固1、液晶的主要結(jié)構(gòu)特點是什么？答案：液晶分子通常為棒狀或盤狀分子，分子排列有序但不如晶體嚴(yán)格的晶格排列，這種排列使液晶對光、電、磁等外界因素敏感。2、納米材料的尺度范圍是多少？答案：1~100nm。3、等離子體是由什么組成的？答案：由大量的自由電子和離子組成。（二）能力提升1、簡述液晶顯示器（LCD）的工作原理。答案：液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)各向異性和對電場敏感的特性。當(dāng)施加電場時，液晶分子的排列發(fā)生改變，從而控制光的透過與否，通過不同區(qū)域液晶分子排列的變化來顯示出不同的圖像。2、舉例說明納米材料的小尺寸效應(yīng)在實際中的應(yīng)用。答案：例如金屬納米顆粒熔點比塊狀金屬低很多，可用于低溫焊接等領(lǐng)域。在低溫焊接中，利用金屬納米顆粒熔點低的特性，可以在較低溫度下實現(xiàn)焊接，避免高溫對焊接對象的不良影響。3、等離子體刻蝕技術(shù)的原理是什么？答案：等離子體刻蝕是利用等離子體中的活性粒子（如離子等）與材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者物理轟擊，從而精確地去除材料表面的部分物質(zhì)，刻蝕出所需的圖案和結(jié)構(gòu)。（三）拓展探究1、研究柔性液晶顯示器的制作過程中需要克服哪些技術(shù)難題？答案：首先，需要找到適合彎曲的液晶材料，這種材料要在彎曲狀態(tài)下仍能保持良好的液晶性能，如光學(xué)各向異性等。其次，在制作工藝方面，要解決液晶在柔性基底上的均勻涂覆問題，保證液晶分子在彎曲時也能按照預(yù)期的方式排列。另外，還需要解決柔性連接線路和電極的問題，以確保在彎曲過程中信號的穩(wěn)定傳輸。2、如何檢測和評估納米材料對人體健康的影響？答案：可以從細(xì)胞實驗、動物實驗等方面入手。在細(xì)胞實驗中，將納米材料與不同類型的細(xì)胞共同培養(yǎng)，觀察細(xì)胞的形態(tài)、功能、代謝等方面的變化，例如細(xì)胞的存活率、細(xì)胞內(nèi)酶的活性等。動物實驗可以選擇合適的動物模型，將納米材料以不同的方式（如口服、注射等）引入動物體