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出版者:McGraw-Hill Science/Engineering/Math

作者:Raymond Chang

出品人:

页数:832

译者:

出版时间:2010-01-08

价格:$ 240.97

装帧:Hardcover

isbn号码:9780077354718

丛书系列:

图书标签:

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化学
普通化学
大学教材
科学
化学原理
化学反应
物质结构
化学键
热力学
溶液化学

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具体描述

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物理化学：从微观到宏观的探索作者：亚历山大·R. 霍夫曼 (Alexander R. Hoffman) 出版社：普林斯顿大学出版社 (Princeton University Press) 页数：约 950 页出版年份： 2023 年 --- 内容概述《物理化学：从微观到宏观的探索》是一本深入探讨物质基本性质、能量转换以及化学过程驱动力的综合性教材。本书旨在为高年级本科生和研究生提供一个严谨而全面的视角，理解化学现象背后的物理原理。全书共分为六大部分，系统地覆盖了热力学、量子力学、动力学、统计力学以及电化学等核心领域，并辅以大量的实验案例和现代计算方法。本书的叙事结构清晰，从宏观的热力学基础出发，逐步深入到微观的量子世界，最终将两者联系起来，解释化学反应的本质和速率。作者特别强调了理论与实验的紧密结合，许多章节都引入了最新的光谱学和结构分析技术，以展示如何利用物理学工具来剖析化学问题。第一部分：热力学基础与化学平衡 (Foundations of Thermodynamics and Chemical Equilibrium) 本部分奠定了整个物理化学的基石——热力学。我们从热力学第一定律开始，详细探讨了能量、功、热以及焓的概念，并重点分析了反应热的测量与计算（如基希霍夫定律的应用）。热力学第二定律的引入聚焦于熵和吉布斯自由能。本书不仅涵盖了经典的热力学推导，还通过统计力学的视角（在后续章节中会更深入）来解释熵的微观起源。关于化学平衡的讨论，则超越了简单的 $K_{eq}$ 计算，深入探究了压力、温度和溶剂效应对平衡常数的影响，特别是对相平衡（如范特霍夫方程、克劳修斯-克拉佩龙方程）的详尽分析，这对材料科学和分离过程至关重要。第二部分：量子力学与原子结构 (Quantum Mechanics and Atomic Structure) 本部分是理解化学键和分子光谱的理论基础。本书采用了波恩-奥本海默近似作为出发点，并对薛定谔方程在不同势场下的求解进行了细致的讲解。重点内容包括：一维势阱、谐振子和刚性转子模型，这些是理解分子振动和转动的起点。随后，本书详细推导了角动量和氢原子模型的精确解，并扩展到多电子原子的斯莱特行列式和电子排布规则（洪特规则、泡利不相容原理）。对于化学家而言，分子轨道理论（HMO 和 LCAO-MO 方法）的引入至关重要，它直接连接了量子力学计算与化学直觉。第三部分：分子光谱学与结构 (Molecular Spectroscopy and Structure) 本部分的核心在于如何利用电磁辐射与物质的相互作用来获取分子结构和动力学信息。我们将分子光谱学分为旋转、振动、电子和核磁共振（NMR）四大类进行系统阐述。对于旋转光谱（微波），本书精确计算了非刚性转子的能量校正项。振动光谱（红外和拉曼）部分，着重于振动模式的对称性分析（群论的初步应用），以及对各种分子（如水、二氧化碳）的正常模式分解。电子光谱部分，则深入探讨了吸收和发射过程中的 Franck-Condon 原理，并讨论了分子电子态的符号约定。NMR 章节不仅解释了化学位移和自旋-自旋耦合，还引入了二维 NMR 的基本原理，展示了现代结构解析的强大能力。第四部分：化学动力学 (Chemical Kinetics) 化学动力学关注反应发生的速率和机理。本书从速率定律和反应级数的基本概念开始，然后深入到碰撞理论和过渡态理论 (TST)。 TST 是本部分的核心。作者详细推导了活化能和指前因子的物理意义，并讨论了溶液中反应的特殊性（如溶剂效应和离子强度对速率的影响）。此外，本书还专门开辟章节讨论了链式反应、光化学反应的特殊动力学，以及催化反应的微观机制。对于复杂反应网络，如拟一级反应的简化和稳态近似的应用，提供了详尽的数学工具。第五部分：统计力学导论 (Introduction to Statistical Mechanics) 统计力学是连接微观粒子行为与宏观热力学性质的桥梁。本书采用配分函数的方法，从微观量（如能级分布）推导出宏观可测量的量（如内能、熵和吉布斯自由能）。重点章节包括：经典系综（微正则、正则、大正则）的建立，以及如何利用配分函数来计算理想气体、谐振子和电子气的热力学函数。对于化学键的形成与断裂，本书利用玻尔兹曼分布解释了反应平衡的统计基础。分子间作用力在统计力学中的处理，例如使用格林-厄伦菲斯特方法来处理非理想气体和液体，也得到了充分的探讨。第六部分：表面与电化学 (Surfaces and Electrochemistry) 最后一部分将理论应用到界面现象。表面化学章节讨论了物理吸附和化学吸附的本质区别，并引入了 BET 理论来测定比表面积。此外，催化剂的活性位点和反应机理也在此部分得到阐述。电化学的讨论从能斯特方程和电池电动势的测量开始，然后深入到电极过程的热力学基础——法拉第定律和电荷转移速率。偏振现象、双电层结构（Gouy-Chapman-Stern 模型）以及电化学传感器的基本原理构成了本部分的难点和亮点。 --- 教学特色 1. 强调定量分析：书中包含大量基于真实数据的例题和习题，旨在培养学生严谨的数学建模能力。 2. 计算工具集成：附录中提供了使用 Python 和 MATLAB 解决复杂动力学积分和量子态计算的指导手册。 3. 现代前沿视野：许多章节引用了最新的研究成果，例如时间分辨光谱和飞秒激光在动力学研究中的应用。本书的深度和广度使其成为一本面向严肃科研人员的参考书，其严谨的理论推导和对实验的深刻洞察，确保了读者对化学世界的基本规律形成深刻且统一的理解。