专题三：认识物质结构的不同尺度层次——现代物质结构研究的思路与方法

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1、物质结构与性质专题三：认识物质结构的不同尺度层次——现代物质结构研究的思路与方法主持人：北京师范大学化学教育研究所博士讲师魏锐嘉宾：教育部高中化学课程标准研制组组长北京师范大学化学教育研究所所长王磊教授北京师范大学化学学院李奇教授山东省诸城实验中学教师张福涛老师北京第四中学高洁老师1、回顾前部分讨论主持人：在前面的讨论中，我们基本上是从原子层面和分子层面来对物质结构进行讨论，那么从这个专题，我们将进入一个新的层次，他是超越了原子和分子层次的，是原子间作用力和晶体结构。那么这个层次呢？他是原子和分子之外的层次，通过这两个层次的认识，可以帮助学生建立认识原子和分

2、子的新的视角和角度，那么在讨论这个案例之前，我们先来看一个教学片断。2、林红梅老师范德华力教学片断教师提问：前面我们学会了微粒间强烈的相互作用是什么啊？学生回答：化学键教师提问：化学键是原子或者离子之间的强相互作用，那么分子之间是否也有强烈的相互作用呢。我们先来阅读一则材料，壁虎的飞檐走壁之谜。教师提问：读完这个材料，那么同学们对微粒之间的作用有了哪些新的认识呢？它也是一种电性作用，那么这个分子间作用力与前面所学的化学键有什么区别呢？它的存在对物质的性质又会产生什么样的影响呢？我们先来分析两个熟悉的事实，水分解和水的三态转换。教师提问：第一个问题通过图中，水

3、分子之间是否存在作用力呢，证据是什么？学生回答：水分子之间存在作用力，因为它变为气态，需要能量。教师解释：看这里，这部分能量，来克服了水分子之间的作用力，而这部分力叫做范德华力。是由范德华首先提出了分子之间普遍存在着作用力，我们就把分子之间普遍存在的作用力称为范德华力。主持人：我们刚才一起来观摩了这个教学片断，那么我们先请张老师和王老师来对这个片断进行点评，那么在这个片断设计的过程当中主要想体现的一些思路和思想是什么。张福涛：林老师在设计过程中主要是首先关注了学生的已有基础，学生在必修二和本模块第二章的学习中已经从微观上知道了分子内原子间存在着强烈的相互作用

4、，那就是化学键，但是对分子间的相对作用，范德华力呢，仍是一无所知，但是从微观上讲，学生又是已经了解了相关的一些现象。比如常温下水是液态的，水有三态变化等。正是基于这样的基础，林老师首先通过学生非常感兴趣的，现代科学材料，壁虎飞檐走壁之谜，将抽象的分子间作用力展示出来，让学生感受到它的客观存在，知道有范德华力，激发他们探究的欲望。再通过水的电解、水的三态变化这两个学生已经知道的变化，以及转换的条件，展示出了化学键与范德华力的区别，使抽象的问题形象化，让学生知道了什么是范德华力。王磊：给我印象很深刻的，老师的引入，提出分子间作用力还是很有层次性的，她是先让学生感

5、知到分子间作用力的存在，而且是用非常趣味的生活的真实情景，壁虎事件，这是非常吸引孩子的，也就是让学生好奇了，然后再用一种典型的事件模型，水的电解、三态变化。我们说这可以是一个典型的化学事件来探讨、刺激学生形成一种分子间作用力的假设，他要和他已经知道的微粒间作用力---化学键进行比较，感受到它与化学键的区别，这样一个双层次的处理会给学生留下很深刻的印象。有利于学生的转变。因为以前学生是对此不意识的，这就是一个硬转变，所以他要用一个深刻的两重事件去刺激你，然后让你留下很深刻的印象，然后再进行微观探讨，这也是很成功的。3、如何认识分子间作用力魏锐：那么李老师，您能

6、不能给我们介绍一下分子间作用力在我们现代前沿的科学研究中有什么意义。我们该如何认识分子间作用力呢。李奇：首先分子间作用力的本质是除了离子键、共价键和金属键以外，基团间和分子间相互作用的总称，包括了很多方面。比如：荷电基团间的相互作用。实际上呢，比如：羧基和氨之间的作用，本质和离子键相当，又称为盐键。另外一类是诱导偶极子和高级电极距间的相互作用，正比与r-6，称为范德华作用。另外就是氢键，疏水基团相互作用和p…p堆叠作用。p…p堆叠作用指的是两个或多个平面型的芳香环平行地堆叠在一起产生的能量效应，比如石墨层型分子的堆叠，层间距离为335pm。还有一种就是非键电

7、子推斥作用。这是一种近程分子作用，当分子靠得很近的时候，那些非键电子间有一个推斥作用，其中最主要的是三个：取向力、诱导力、色散力，加上氢键。这样四种，前三种合称范德华作用，其中色散力比较强一些，这三个力都正比与r-6，永久偶极矩和永久偶极矩之间产生的是静电力。当一个极性分子和一个非极性分子靠近的时候会使原来的非极性分子产生一个诱导偶极矩，它就会产生一个诱导力。在瞬时偶极矩与瞬时偶极矩之间的作用力叫色散力（公式都如图）。把这三项合称为范德华作用，前两项都是要有极性作用力参与的情况下才会存在，而色散力是普遍存在的。我们可以发现色散力的大小也是较大的，所以色散力是

8、普遍存在的。这是叫做范德华力。那么氢键，大家都已经很