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出版者:

作者:Tro, Nivaldo J.

出品人:

页数:848

译者:

出版时间:2008-1

价格:$ 173.26

装帧:

isbn号码:9780136003823

丛书系列:

图书标签:

化学
入门
化学导论
基础化学
大学教材
化学学习
科学
教育
通俗读物
化学基础

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具体描述

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《元素奥秘：现代化学的宏伟蓝图》 ——一部面向未来科学家的基础化学深度探索之作本书简介《元素奥秘：现代化学的宏伟蓝图》是一部旨在为理工科、医学、材料科学及环境科学等领域学生和初级研究人员提供坚实化学基础的综合性教材。它不仅仅是关于元素周期表和基本反应的罗列，更是一次深入探索物质世界底层逻辑的学术旅程。本书的结构设计旨在逐步引导读者从微观的原子层面，过渡到宏观的化学现象与应用，强调理论与实践的紧密结合。本书的撰写遵循“由内而外”的递进逻辑：首先构建对原子和分子结构精确的理解，随后详细阐述化学键的本质及其对物质性质的决定性影响，最后将这些基础知识应用于复杂体系的能量变化、反应速率控制以及实际的化学应用场景。第一部分：物质的基石——原子结构与周期性本部分是全书的基石，着重于建立对原子世界精确的量子力学描述。第一章：物质的构成与早期模型回顾本章从历史角度切入，简要回顾了道尔顿原子理论及其局限性，并引入了电荷、质量和物质的电中性概念。重点讲解了阴极射线、X射线和光电效应的实验发现，这些实验直接催生了亚原子粒子的概念。我们详尽阐述了汤姆逊的“葡萄干布丁”模型和卢瑟福的核式结构模型，并通过详细的实验数据分析，确立了原子核与电子云的基本图像。第二章：量子化时代：薛定谔方程的初步解读本章是理解现代化学的核心。我们引入了波尔模型作为过渡，随后转向真正的量子力学框架。虽然避免了复杂的数学推导，但我们深入解释了波函数的物理意义、能量的量子化概念，以及海森堡不确定性原理对电子位置描述的根本限制。重点讨论了氢原子能级图，引入了主量子数 ($n$)、角量子数 ($l$) 和磁量子数 ($m_l$) 的物理含义。第三章：电子排布与元素周期律的内在机制基于量子力学原理，本章系统阐述了泡利不相容原理、洪特规则以及能量最低原理（ Aufbau原理）。通过精确描述各个电子亚壳层 ($s, p, d, f$) 的填充过程，读者将能够准确预测任意元素的电子排布。随后，我们将电子排布与元素性质的周期性变化联系起来，深度解析了有效核电荷 ($Z_{eff}$)、原子半径、电离能、电子亲和能以及电负性等关键周期性趋势的微观根源。第二部分：连接的艺术——化学键与分子几何本部分将视角从孤立的原子转移到相互作用的分子体系，探究物质形态多样性的根本原因。第四章：离子键的形成与晶体结构本章详细讨论了离子键的形成过程，包括电子得失的驱动力（电离能与电子亲和能的综合效应）。重点分析了晶格能的概念及其影响因素，并结合Born-Haber循环对晶格能进行了定量估算。最后，系统介绍了常见的离子晶体结构类型，如氯化钠和氯化铯结构，并探讨了离子化合物的宏观性质（如高熔点、导电性）如何从其微观结构中导出。第五章：共价键的本质：价层电子对互斥理论（VSEPR）与轨道杂化本章是分子结构分析的基石。首先，我们引入路易斯结构的概念，并解释了其在简单分子中的应用。随后，我们深入探讨了价层电子对互斥理论（VSEPR）如何预测分子构象，这是理解分子几何的关键工具。接着，本章引入了价键理论（VB Theory），详细解释了原子轨道如何通过重叠形成 $sigma$ 键和 $pi$ 键。对于复杂分子，我们系统讲解了 $sp, sp^2, sp^3$ 等杂化轨道的概念及其对分子键角和形状的影响。第六章：分子间作用力与物质的相态理解分子间的弱相互作用对于解释宏观性质至关重要。本章系统分类了范德华力（包括伦敦色散力、偶极-偶极力）和氢键。我们通过比较不同分子体系中这些作用力的相对强度，解释了熔点、沸点、蒸气压和溶解度等性质的差异。此外，本章还涵盖了晶体结构分类（分子晶体、共价晶体、金属晶体）及其对材料特性的影响。第七章：分子轨道理论（MOT）导论为超越VB理论的局限性，本章引入了分子轨道理论（MOT）。我们从线性组合原子轨道（LCAO）的原理出发，构建了双原子分子的分子轨道能级图，并成功解释了氧气分子的顺磁性等经典难题。对于更复杂的体系，我们探讨了 HOMO/LUMO 概念在预测反应活性中的初步应用。第三部分：化学反应的动力学与热力学本部分将基础结构知识应用于化学变化过程的分析，探讨反应的驱动力和速率。第八章：化学计量学与溶液化学基础本章侧重于反应的定量关系。详细讲解摩尔概念、化学式的确定、平衡化学方程式的书写和配平，以及限制反应物和产率的计算。随后，本章转入溶液体系，深入分析溶解度、浓度表示法（摩尔浓度、质量百分比等），并介绍了重要的溶液性质——依数性（依时性）：蒸汽压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压。第九章：化学热力学导论：能量的得失热力学是理解化学反应方向性的核心工具。本章定义了能量、功和热，并阐述了热力学第一定律（能量守恒）。重点讲解了焓 ($Delta H$) 的概念，包括标准生成焓、燃烧焓等，并利用赫斯定律进行计算。最后，引入了熵 ($Delta S$) 和吉布斯自由能 ($Delta G = Delta H - TDelta S$)，明确了化学反应自发性的判据。第十章：反应速率与化学平衡反应速率章节分析了影响反应速度的微观因素，包括碰撞理论和活化能的概念。我们详细介绍了速率定律的建立、反应级数的确定，并运用阿累尼乌斯方程定量描述温度对速率常数的影响。在化学平衡部分，本章着重解释了化学平衡的本质（动态平衡），并利用勒夏特列原理系统分析了浓度、温度和压力（对于气体反应）对平衡位置的移动效应。第十一章：酸碱理论的演进与平衡计算本章深入研究酸碱反应的本质。从阿伦尼乌斯理论到布朗斯特-洛瑞理论，再到路易斯酸碱理论，系统阐述了酸碱性的定义和强弱判断标准。重点是酸碱电离平衡的定量分析，包括 $K_a, K_b$ 的使用、pH 值的计算，以及缓冲溶液的原理和缓冲容量的估算。引入了酸碱滴定曲线的分析方法。第四部分：电化学与元素化学进阶本部分将前述基础知识应用于电子转移反应和特定元素的性质研究。第十二章：氧化还原反应与电化学基础本章聚焦于电子的得失过程。详细介绍了氧化数规则、氧化还原反应的配平方法（如半反应法）。随后，引入了电化学电池的概念，包括原电池（如锌铜电池）和电解池。我们系统讲解了标准电极电势 ($E^circ$) 的概念，并利用能斯特方程计算非标准条件下的电池电动势，为理解电池、腐蚀和电解工业奠定了基础。第十三章：s 区和 p 区元素的特性与应用本章开始对元素进行分类介绍，重点分析了周期表中前几族的特点。对于碱金属、碱土金属以及重要 p 区元素（如硼、碳、氮、氧族），本书不仅仅罗列它们的物理化学性质，而是结合其价层电子结构，深入探讨其在自然界中的丰度、主要化合物的结构与反应特性（如碳的多种同素异形体、氮气的惰性、氧气的氧化性），并简要介绍其在材料科学和生物系统中的关键作用。结语《元素奥秘：现代化学的宏伟蓝图》致力于提供一个连贯、逻辑严密的化学知识体系。本书的特点在于，它强调理解“为什么”而非仅仅记忆“是什么”。通过大量精心设计的例题和思考题，读者将被训练以一种系统化的、基于原理的方式来解决复杂的化学问题，为未来更专业化的化学学习打下坚实的基础。本书的每一章都旨在成为下一阶段知识学习的坚实跳板。