分子间作用力相关概念及其教学分析

"分子间作用力"是化学学科的重要概念.论述了分子间作用力相关概念的知识层级结构, 指出分子间作用力和化学键是2种不同的作用方式,对物质的结构及其性质产生不同的影响;分析了分子间作用力相关概念的学生认识发展和学习困难;解析了分子间作用力相关概念的教学关键问题,揭示了运用分类、比较、宏观、微观相结合的教学策略,有利于学生理解分子间作用力和形成解决这类问题的能力.     

超分子中分子间弱要互作用力的研究方法概述

随着超分子化学研究的深入,对分子间弱相互作用力的研究越来越爱到世界科学界的重视,对其本质的研究已成为超分子化学急待解决的问题,本文介绍了超分子体系弱相互作用力的种类及其理论和实验研究方法。     

分子间相互作用力的直接测量

结合我们近期的研究工作,着重介绍如何将分子组装与单分子力谱相结合,从单分子水平直接研究分子间相互作用力,包括π-π相互作用、多价作用及嵌入作用.在实验中,将一个相互作用单元通过高分子间隔基共价连接到原子力显微镜针尖上,并将另一相互作用单元共价修饰到基底上,通过压电陶瓷管的移动获得力与拉伸长度的曲线.高分子柔性间隔基团的引入既可用来作为判别单链拉伸的"内标",又可避免非特异相互作用对待测的特异相互作用的影响.研究表明,结合静态和动态力学谱,不仅能够实现分子间相互作用力的直接测量,而且还可获得解离速率和相互作用的距离等参数.     

从分子间作用力看新冠病毒的前世今生

化学这一研究物质世界基本结构的学科是一个很好的工具,能帮助我们认清新冠病毒的基本结构特征。本文以第一人称的叙述方式,从化学角度讲述了新冠病毒的基本结构、组成和它繁衍后代的方式。阐述了自然界中普遍存在的分子间作用力在生命组装体的结构、组成、复制和繁衍过程中所发挥的重要作用。     

从分子间作用力看新冠病毒的前世今生

A good way to understand the complex structures and mechanisms of SARS-CoV-2 is from the perspective of chemistry. The basic components, structures, and replication processes of SARS-CoV-2 are described in a firstperson perspective to elucidate the essential role of intermolecular forces in living organisms.     

分子间选择性作用力和控制论化学——金松寿教授研究简介

金松寿教授是著名的量子化学及化学动力学专家。年近九旬的他如今仍然锲而不舍地在学习、研究,把握化学研究的发展方向。他在催化集团结构适应性及无机化合物溶解度领域做了大量的工作,重要的成就是发现了选择性分子间力并用以阐释物性如溶解度、吸附、色谱中的反常现象,还可以解释溶媒对反应速度的影响。相似的选择力后来被外国科学家在超分子研究中得到证实和发展。他还推动了控制论化学的应用,对化学中的许多疑难繁琐的现象给出清晰满意的解释。     

表面力仪的改进及溶液中DLVO理论的验证

改进了现有表面力仪,使之具有更低的造价和更高的实验精度.利用改进后的表面力仪测量了0.1mol/L的NaCl溶液中两云母表面间的作用力-距离曲线;通过与计算得到的曲线对比验证了DLVO理论.结果表明:在0.1mol/L的NaCl溶液中,两云母表面间在距离较大时的作用力测量值与DLVO理论值相符合,但在距离较小时测量值出现附加的短程斥力,且此斥力呈现指数衰减规律.     

分子间选择性作用力和控制论化学-金松寿教授研究简介

金松寿教授是著名的量子化学及化学动力学专家。年近九旬的他如今仍然锲而不舍地在学习、研究,把握化学研究的发展方向。他在催化集团结构适应性及无机化合物溶解度领域做了大量的工作,重要的成就是发现了选择性分子间力并用以阐释物性如溶解度、吸附、色谱中的反常现象,还可以解释溶媒对反应速度的影响。相似的选择力后来被外国科学家在超分子研究中得到证实和发展。他还推动了控制论化学的应用,对化学中的许多疑难繁琐的现象给出清晰满意的解释。     

应用手持技术数字化实验比较“丙二醇的2种同分异构体”分子间作用力大小*

以“分子间作用力”概念教学为基点,以手持技术TQVC概念认知模型为理论依据。利用手持技术温度传感器,通过测量1,2丙二醇、1,3丙二醇及2者混合醇在相同条件下蒸发时的温度变化曲线,比较氢键类型对蒸发行为曲线变化的影响,发现温度均是先升高后下降,这与苏华虹、钱扬义等人在《化学教育》上发表的研究一元醇的现象及结论并不一致。于是通过四重表征模型,得出以下结论:在相同条件下,因某些有机物存在分子内氢键与分子间氢键,蒸发时与空气中的水蒸气发生溶剂化作用,热效应变化受到蒸发作用与溶剂化作用共同影响。     

培养学生高级思维能力的“分子间作用力与物质性质”探究教学

探究教学的深入开展要求更加关注学生在探究过程中的自主性、创造性和问题解决能力。以"分子间作用力与物质性质"的教学设计为背景,详述了3个核心探究:范德华力的成因、范德华力的影响因素和氢键模型的建构。对实施创造性探究教学的策略进行了总结反思:在教学设计上,为学生打造展示和发展思维的环境;在实施探究教学过程中,教师要善于抓住机遇,充分展现学生的思维过程。     

层间阴离子对四元水滑石超分子作用力的影响

构建一价阴离子(X=F^?, Cl^?, Br^?, I^?, NO₃^?, OH^?)插层铜锌镁铝四元水滑石(CuZnMgAl-X)周期性计算模型, 采用密度泛函理论(DFT), 选取CASTEP程序模块, 对体系进行几何全优化, 从结合能、结构参数、Mulliken布居、氢键布居、态密度等角度研究了不同层间阴离子的分布形态以及其对主客体间超分子作用的影响. 结果表明, 随着CuZnMgAl-X体系层间阴离子电负性的减弱, 电子逐渐从层间阴离子向层板发生转移, 主客体间静电作用力逐渐减小, 氢键强度逐渐降低, 禁带宽度逐渐变窄, 体系电子更易向高能级发生跃迁, 稳定性逐渐下降. 此外, Cu的掺杂使得CuZnMgAl-X 体系的价带顶向高能量处发生偏移, 禁带宽度较传统水滑石体系更窄,稳定性更低, 进一步解释了含铜水滑石较难合成的原因.     

不溶性单分子膜中碳氢、碳氟表面活性剂分子间相互作用

考虑到吸附膜与单分子不溶膜的相似性,在不溶膜研究中引入分子间相互作用参数β,用以讨论不溶膜中的非理想性问题。对“6201”/C₁₈SO₄Na体系得到了一个与临界值2.0接近的β值,进一步验证了该体系存在相分离的推测。     

分子晶体中的几种分子间相互作用

描述了ＨＥＫ－ＤＤＱ，（Ｃｏ（Ｃ５Ｈ５）２（Ｎｉ（ｄｍｉｔ）２）ＢＢＢＴ－ＤＴＴ三个晶体结构中的π．．．π，Ｓ．．．Ｓ；Ｂｒ．．．Ｂｒ分子间相互作用，讨论了分子晶体中的分子间相线作用的材料化学意义。     

促进学生学习微观抽象概念和理论的教学研究——以“分子间作用力与物质性质”为例

结合化学概念和理论课型的特点,以高中化学"物质结构与性质"模块"分子间作用力与物质性质"为课例,探讨如何合理组织教学内容和提供学习支架,使用实物模型加强对微观结构的理解,促进学生深入认识微观抽象概念和理论。     

分子间作用力的学习进阶研究

研究分子间作用力的发展史、前沿应用和学情后设计分子间作用力的学习进阶、整体教学规划流程图、真实情境和教学设计,以培养学生关键能力与核心素养。研究认为,教师深刻的学科理解和对学生水平准确评估是设计进阶的基础,精选教学情境是促进学生关键能力和核心素养进阶的有力保障,使用实物模型和形象比喻是促进学生进阶的重要方式。     

分子晶体中的几种分子间相互作用

描述了ＨＥＫ－ＤＤＱ，［Ｃｏ（Ｃ_５Ｈ_５）_２］［Ｎｉ（ｄｍｉｔ）_２］，ＢＢＢＴ－ＤＴＴ三个晶体结构中的π…π；Ｓ…Ｓ；Ｂｒ…Ｂｒ分子间相互作用，讨论了分子晶体中的分子间相互作用的材料化学意义。     

层间水分子含量对铜铁水滑石超分子作用力的影响

构建铜铁水滑石[Cu₃Fe-LDHs-yH₂O(y=0-2)]周期性计算模型, 采用密度泛函理论(DFT), 选取CASTEP程序模块, 对体系进行几何全优化, 从结构参数、氢键布居、Mulliken电荷布居、逐级水合能等角度研究了层间NO₃^-和H₂O的分布形态及其与水滑石(LDHs)层板的超分子作用, 探究了水分子数目对体系姜-泰勒效应的影响. 结果表明, Cu₃Fe-LDHs-yH₂O主客体间存在着较强的超分子作用力, 主要包括氢键和静电作用, 其中氢键作用在水合过程中起主导作用, 氢键强度的顺序是层板-阴离子(L-A)型＞阴离子-水(A-W)型＞层板-水(L-W)型＞水-水(W-W)型; 随着层间水分子数的增加, 层间距先略微降低后显著升高, Cu₃Fe-LDHs体系的Cu—O八面体被逐渐拉长, 层板Cu²⁺的姜-泰勒畸变程度逐渐增大, 体系的逐级水合能绝对值逐渐降低, 说明Cu₃Fe-LDHs的水合程度不会无限增加, 而是具有一个饱和值. Cu₃Fe-LDHs-1H₂O构型接近理想六方晶胞, 层板金属畸变程度最小, 稳定性最高, 层间距与实验值较吻合, 推测其为实验上合成的Cu₃Fe-LDHs较稳定的构型.     

氯离子吸附单层对Au(111)电极表面应力的贡献

以Cl-为例,应用格子气模型,建立了阴离子吸附层对Au(111)表面应力贡献的统计热力学理论,计算了吸附层Cl-离子间相互作用能、表面应力贡献和二维体积弹性模量.计算结果表明, Cl-吸附层对表面应力贡献的大小,与实验值相近;在Cl-低覆盖度时,经验包括ClO4-贡献,计算了表面应力变化-电荷密度曲线,近似呈线性关系;对于Cl-/Au(111)体系,表面应力与表面张力之差与表面应力同量级,两者差别不可忽略.较好地解释了有关的实验事实.     

手持技术数字化实验支持下的抽象化学概念学习*——以探究比较丁醇同分异构体的分子间作用力大小为例

根据TQVC概念认知模型设计手持技术数字化实验,比较丁醇同分异构体的分子间作用力大小,并应用“四重表征”理论对实验结果进行解释与分析。研究发现:蒸发时温度下降速度越快,同分异构体的空间位阻越大,其分子间作用力越小;同分异构体混合液的分子间作用力比任一组分的分子间作用力小。