无机材料合成与制备2.5-水热与溶剂热合成.ppt

◆温暖的池塘-水热海底 3. “温暖的池塘”——水热海底的化学进化模型应运而生，即生命起源于地表，光和闪电供能．使无机水分子反应，得到有机小分子，有机小分子在地表水中富集，随着水的蒸发，有机小分子浓度升高，进一步反应生成大分子，大分子自组织，最后演变为有复制功能，有膜的细胞形式。 (第一种观点） ◆温暖的池塘-水热海底 4.生命的水热起源模式大致模型如下：生命起始初期，地球处于强还原性环境，在板块构造活动带上有许多水热系统，海水与水热活动喷出物之间存在物质与能量交换，形成350℃—0℃的温床梯度和化学梯度，靠还原性物质的氧化供能，驱使无机小分子向有机分子的非生物合成，从而逐步演化为生命形式，最初的生命形式过着厌氧的化学自养生活，后又向厌氧异养生活进化，生命之轮慢慢前进。（第二种观点） ◆分子生物学与进化树 分子水平上认识进化。分子序列在揭示进化关联上，比经典的形态标准，分子功能更能反映实质。 ◆时间的证明与水热条件 人们研究地球早期的地理、化学条件，发现地球起始于46亿年前左右。原始地球温度很高，直到38亿年前还不断受到外行星，慧星等猛烈撞击，火热的地球上千疮百病．地球经脱气形成大气层。那时地表温度为85℃，直到20亿年前突然形成氧气。 ◆时间的证明与水热条件 要想在还原件气氛不强(富含CO2，N2)，炙热的不断受行星撞击的地表开始生命前化学合成无疑是相当困难的。而海底则可以提供生命起源的温床。 表明水热条件下生物生长非常快，生命在水热海底的存在已是不争的事实。 ◆化学的阶梯：合成与进化 1.无机物 还原性很强的无机物，通过它的氧化，起着驱动生命之轮的能源动力作用。 2.有机小分子合成 (1)CH4的形成 (2)CH3COOH的形成 (3)碱基的合成 (4)氨基酸合成的计算机模拟 3.大分子形成 ◆化学的阶梯：合成与进化 4.神奇的矿物 5.超越化学--Fe-S矿世界 德国学者Wachtershauster G提出了由生成FeS2带动的在Fe—S矿表面进行的化学进化理论。1992年，他描绘了以Fe—S化合物为中心，化学自养的生命起源与进化的“清明上河图”，认为由FeS氧化生成FeS2提供了能量，驱使在Fe—S矿表面上的CO2与N2的还原和固定。 ◆化学的阶梯：合成与进化 他阐述了C一S键的化学，如图5—15(a)，通过丰富的c—S键的化学，经过加成、取代、消除，产生了复杂的生物有机分子。 ◆化学的阶梯：合成与进化 图5—15(b)显示了可能的氨基酸和脂肪酸的合成路线。 ◆化学的阶梯：合成与进化 通过近30年的研究，人们对生命的水热起源可能性有了相当深的认识，水热的海底可能孕育最原始生命的研究会继续下去。在没有阳光，没有氧气，高温高压的还原性的水热条件下，从无机物到有机物的反应确实可以发生，生物可以生长繁殖。地热和化学能提供了能量，最初的生命是化学自养的.探索生命的水热起源．对于寻找外星生命，从而扩展人类的生存空间无疑具有重大意义。在水热起源理论下．实现水热条件下CO2的固定．对于研究温室效应，开发新能源也是有益的探索。 ◆ 展望 第5节 超临界水—新型的反应体系 超临界水(SCW)具有完全不同于标准状态下水的性质，它是一种非协同、非极性溶剂，可溶解许多有机物，且可氧化处理有机废物，已广泛应用于工业、军事、生活等方面. 超临界水是一个非常有潜力的体系，它可与有机废物形成单相—消除反应间物质转移的限制，用以氧化破坏；也能沉积无机物用以随后的浓缩与处理。超临界水氧化在有效处理、销毁水体系与土壤中的危险废物中显示出巨大的应用前景。各种工业、军事、生活方面产生的有毒物，包括水中含量较高的、多相的、有机—无机—放射性混合的废物都可以用超临界水氧化法进行净化。超临界水氧化是在密闭体系下进行的，它对于环境调节与公众有特殊的吸引力。 ◆ 超临界水的性质 ★ 非协同、非极性溶剂（超临界条件：临界温度374℃，临界压力22.1MPa以上条件）。 ★ 超临界水的密度可通过变化温度与压力使其控制在气相值与液相值之间。 ★ 超临界水的绝大多数性质如热容、热导等在接近临界点的时候有很大变化。热容在临界点达到无穷大。 ◆ 超临界水溶液 盐与其它电解质在水溶液中会电离形成电导体；像糖类等极性有机物极易溶于水;一些很重要的气体溶质的溶解度却很小。这些性质主要与水的密度有关。由于超临界水的密度足够高,离子型的溶质不溶，而烷烃类的非极性物质则完全溶解，超临界水表现为“非水性”流体。 ★ 共存溶剂影响 当溶质不纯时发