当前课程知识点：大学化学 > 第十一章 元素与生命化学概论 > 生命化学概论-生命元素-碳 > Video
同学们好
今天我们学习
生命元素化学
那么下面呢
我们就主要了解一下
C在人体中的作用
组成生物分子的主要元素C
在生物体中主要的
存在形式
是CO2和H2CO3
它在细胞中
起到了稳定pH值的作用
这个作用是
人体内部存在着这个平衡
H2CO3和HCO3-
形成的这个
共轭酸碱对
这个缓冲体系
这个酸碱解离平衡的反应的
平衡常数pka⊖值是6.38
所以它们的pH值
大概是5.38到7.38
所以在血液中
它能够稳定血液的pH值7.4
我们有必要了解一下
CO2和H2CO3
它的这个
基本的化学成键形式
H2CO3我们知道
它是一个
平面型的一个分子
中心原子C
采取的是sp2杂化方式
3个杂化轨道
夹角为120°
分别和三个O
形成σ型的这个共价键
然后多余的一个垂直于
这个三个杂化平面轨道的
一个单电子轨道
和O原子上的
单电子p轨道
形成双键
所以有一个C=O双键
以及两个C-O单键形成
CO2
是一个直线形的分子
中心原子C采取的
是sp杂化方式
两个单电子杂化轨道
是180°夹角
所以它分别同两端的
O原子的单电子p轨道
形成头碰头的重叠
形成两个C-O σ健
另外两个单电子
与两侧的O的p轨道上的
单电子或者孤对电子
由于它轨道平行
所以可以轨道肩并肩的
重叠方式形成π键
这个π键是一个大π键
因为它是有个三个中心
一个C两个O
有四个电子
所以我们把它叫做
π34的大π键
一共有两个
所以CO2
是一个直线型的分子
除此之外
还有CO
那CO
在生命体中并不存在
但是呢它对我们生命的
健康的影响是非常大的
在后续课程中
我们还要学习
CO中毒
等方面的知识
CO呢
是一个双原子分子
那么C也是采取的sp杂化
但是这个sp杂化
是一个不等性的sp杂化
因为它一端这个杂化轨道
是含有孤对电子的
另外一端是一个单电子的
所以电子数目不相等
因此我们把它称作
不等性的sp杂化方式
其中一个sp轨道
是孤对电子就是这一对
另外一个是单电子轨道
指向这个O
那么这个单电子杂化轨道
和O的这个单电子p轨道呢
头碰头的重叠
形成是σ键
一个σ共价键
另外一个
C上的单键的轨道呢
与O上的另外一个
单电子p轨道
那么平行排列
可以肩并肩的
重叠形成一个π键
所以一个σ键
一个π键
我们看到的这个
两条线的双键
除此之外
在另外一个方向上
与这两个键垂直的方向上
C有一个空的p轨道
没有参与杂化的
另外O的这个
在同方向平行的方向上
有一个孤对电子
那么这两个轨道
由于C=O这个双键的构成
拉近了C、O原子的距离
因此这两个轨道
一个孤对电子轨道
和空的p轨道
就采取的肩并肩的重叠
那么构成了
另外一个π键
这个π键是由于
O原子单方面提供的
因此呢
我们把它叫做一个配键
共价配键
类似的这种共价配键呢
在NH4+当中呢
也有出现
这是一种
单方面提供孤对电子
形成共用电子对的一种方式
叫做共价配键
我们首先了解一下
CO
CO从氧化态来说
C是+2价
因此呢
它可以作为一个还原剂
自身变成+4价
比如说工业生产中
我们通常用CO
作为还原剂
与Fe2O3反应
生成金属Fe和CO2
这就是利用了它的还原性
除此之外C端
由于存在着孤对电子
它具有配对能力
输出这一对孤对电子的能力
因此呢它可以和某些金属
形成稳定的羰基化合物
比如说
和金属Ni反应
它可以形成Ni(CO)4
Ni(CO)4
它从配位构型上来说
是一个四面体的结构
四个CO的C与Ni配位
形成这个四配位的
配位构型
那么除了和0价的金属以外
它也可以和金属离子反应
生成羰基的
过渡金属配合物
比如说后续我们会学习到的
血红蛋白铁Fe2+反应
形成稳定的羰基铁的配合物
这个是利用了它的配位能力
由于CO
它是一个无色无味的气体
而且呢是有毒性的
因此我们工业生产中呢
希望把它还原成烃类的
可以利用
烃类的来燃烧提供能量
所以CO的这个
还原为烃
是一个人类
比较感兴趣的一个问题
也是现在的一个科研热点
比如说这个费托合成
费托合成就是
把CO和H2反应
在一定的温度压力下
和催化剂存在条件下
生成的烃和水的一个反应
因此这是一个还原反应
在这个反应当中呢
催化剂
是一个重要的问题
你合成廉价的
高性能的催化剂
就可以有效的
进行费托合成
常用的催化剂
是一些金属催化剂
比如说Fe、Co
以及它们的合金
CO2在大气中
有一定的含量
它无毒
但是
如果CO2的浓度过高
会带来
地球表面温度升高的后果
所以呢它是一种温室气体
在十九世纪以前
大气中CO2的含量
一直稳定在0.028%
也就是280ppm
自从工业革命以来
由于工业排放和化学燃料的
大量使用
因此CO2
在大气中的含量急剧增加
目前已经高达0.04%
也就是400ppm
远远的高于
我们可以接受的
350ppm以及0.035%的
CO2的含量值
因此
CO2的治理
已经成为一个世界性的问题
如何治理和利用
CO2气体呢
我们通过几个例子
来说明一下
CO2 C为+4价
因此
它只能被往低氧化态还原
同样的还原剂呢包括
金属Na
单质C、H2
这只是还原剂
除此以外呢
可以利用一些物质和它反应
生成其他的有机化合物
比如说尿素
以及葡萄糖
下面是它的一些反应式
但是在这些个反应里边
催化剂是一个关键问题
多数的反应
必须要借助适当的催化剂
才能够容易进行
因此催化剂的开发和利用
是一个关键问题
第一个例子
是CO2和金属Na反应
生成金刚石
这个反应我们可以看到
温度是440℃
以及800atm
12个小时
在这个反应体系里边
就可以生成
一定量的金刚石
在这个还原产物里边
除了金刚石以外
当然还有一些个无定形碳
以及石墨等等
这个反应是我国科学家
发现的
这就是成功的把
没有用的这个CO2气体
还原为
比较昂贵的金刚石
下面一个例子是
人工光合作用
我们知道光合作用
是绿色植物
在光能的作用下
把CO2和水
生成葡萄糖
以及放出O2的
这么一个反应
我们人工也可以通过
在光照的条件下
在适当的催化剂催化作用下
把CO2和水反应
生成烷烃
以及放出O2
这个反应与光合作用
非常类似
因此我们把它称作
人工光合作用
下面就是一个
我国科学家报道的一个工作
这个催化剂
是在石墨烯的表面上
单层石墨
我们把它称作石墨烯
表面上负载上CO2
纳米粒子作为催化剂
在光照条件下
把反应物CO2和水
成功的生成了烷烃
以及O2
没有用的CO2
就转化成为
有用的这个烷烃
前面两个例子
都是化学方法
把CO2
作为反应物
生成了有用的C
或者烷烃的这么两类反应
第三个例子
是一个物理方法
它不是把CO2反应掉
而是把CO2吸附起来
这个吸附剂
应用的是一个
Cr(Ⅲ)的一个配合物
这是它的组成
Cr(Ⅲ)
有一个OH-
另外还有个tp
这个tp呢是
对苯二甲酸
这是一个
-2价的一个阴离子
所以这个Cr
是一个+3价的
这个配合物
它的结构是如图所示
是一个三维结构
三维网络结构
从这里边可以看出来
这是对苯二甲酸
对苯二甲酸等等
对苯二甲酸把这个Cr
连成了这么一个层状
那么在垂直于
这个层的方向上
OH-把这个Cr
桥联形成
一个三维的网络结构
那么这个结构
我们可以看到
在这个三维框架结构里边
含有一些个结晶的水
就是这些
结晶的水分子
充填的这个孔道里边
如果在一定的温度下
脱水的话
空腔里边的水可以脱去
形成一个
空的一个框架结构
这个框架结构
就可以吸附一些个小分子
比如说CO2
CO2充填的这个
空的这个空洞里边
形成这么一个复合物
这个吸附量
对于这个配合物来说
还是不错的
那么它在196K的时候
可以达到每克的这个样品
可以吸附12mmol的量
可以说
通过配位聚合物
来吸附CO2
也是一个未来处理
空气中的CO2
减小它的空气中的
含量的一种
有效的一个方法
前面我们学习的
都是一些C的一个无机的
简单的氧化物
以及它的利用
那么接下来
我们要了解的是在人体中
C的一些有机化合物
它的结构
以及它的功能
是如何作用的
那么今天的课程就到这里
-1.1 不一样的大学化学
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-1.2 化学体系的建立
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-1.3 应该了解的化学
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-1.4 课程学习的必要准备
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-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
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-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
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-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
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-2.1 物质的聚集状态—液体
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-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
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-2.1 物质的聚集状态—等离子体
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-2.1 物质的聚集状态—液晶
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-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
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-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
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-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
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-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
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-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
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-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
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-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
