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出版者:W H Freeman & Co (Sd)

作者:P. W. Atkins

出品人:

页数:1

译者:

出版时间:1994-2

价格:USD 75.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780716724025

丛书系列:

图书标签:

• 物理化学
• 热力学
• 量子化学
• 化学动力学
• 统计力学
• 分子结构
• 光谱学
• 电化学
• 表面化学
• 溶液化学

物理化学 (Physical Chemistry) - 经典入门与深度探索 书籍概述 本书《物理化学》旨在为学生和研究人员提供一个全面、深入且严谨的物理化学基础框架。它不仅仅是一本教科书，更是一部引导读者理解物质世界深层规律的工具书。全书结构清晰，逻辑严密，从热力学、量子力学、统计力学到动力学和光谱学，系统地覆盖了现代物理化学的核心领域。我们力求在保持理论严谨性的同时，注重物理图像的构建和实际应用的阐释，帮助读者真正掌握如何运用物理化学原理解决化学问题。 第一部分：宏观世界的基石——热力学 (Thermodynamics) 本部分聚焦于能量、功、热以及系统宏观性质的定量描述，为后续所有化学过程的分析奠定基础。 第一章：基本概念与定律 本章首先定义了热力学的基本术语，如系统、环境、状态函数、路径函数。随后，深入探讨了热力学第零定律——温度的概念起源。核心内容集中在热力学第一定律：能量守恒的量化表达。我们详细分析了功（包括体积功和非体积功）的计算，以及内能的确定方法。通过对大量实例的分析，读者将理解焓（Enthalpy）作为常压下热量衡量的有效性。 第二章：热化学与焓变 本章侧重于化学反应中的能量变化。介绍了标准生成焓、标准反应焓的概念和计算方法。重点讲解了基希霍夫定律（Kirchhoff's Law），阐述了温度对反应热影响的精确处理。此外，我们还讨论了键焓的概念及其在近似计算反应热中的应用，并引入了燃烧热和溶液热等重要热化学数据。 第三章：热力学第二定律与过程方向性 这是理解化学自发性的关键章节。本章详尽阐述了熵（Entropy）的概念，从微观统计角度和宏观热力学角度双重定义，并严格推导了熵变 $Delta S$ 在不可逆过程中的变化规律。接着，介绍了热力学第二定律的多种表述。最重要的是，本章引入了吉布斯自由能（Gibbs Free Energy, $G$）和亥姆霍兹自由能（Helmholtz Free Energy, $A$），作为判断化学反应和相变方向的终极判据。我们展示了 $G$ 最小原理在平衡态确定中的核心地位。 第四章：化学平衡的热力学 本章将热力学与化学计量学完美结合。详细推导了平衡常数 $K$ 与热力学量的关系（如 $Delta G^{circ} = -RT ln K$）。重点讲解了范特霍夫方程（Van't Hoff Equation），用以研究温度对平衡常数的影响。此外，我们还探讨了溶液中组分活度（Activity）的概念，这是处理非理想溶液中化学平衡的必要工具。 第五章：相平衡与组分分布 本章分析了物质在不同相态之间的热力学关系。以相图为工具，深入分析了单组分体系（如水）的固-液-气平衡。随后，扩展到双组分和三组分体系，详细讨论了拉乌尔定律（Raoult's Law）、亨利定律（Henry's Law）及其在稀溶液中的应用。三相图和共熔点、共沸点等概念得到了细致的阐述，为化工分离过程提供了理论支撑。 第六章：非理想体系与电化学热力学 本章处理了真实世界中溶液的复杂性。重点讨论了离子强度对活度的影响，引入了德拜-休克尔极限定律（Debye-Hückel Limiting Law）。在电化学部分，我们详细解析了电池的电动势与吉布斯自由能的关系（能斯特方程），并讨论了浓差电池和电化学平衡的驱动力。 第二部分：微观世界的奥秘——量子力学与统计力学 (Quantum Mechanics and Statistical Mechanics) 本部分是理解化学键、分子结构和物质性质微观根源的核心。 第七章：量子力学的基本原理 本章是通往现代化学思想的大门。介绍了普朗克黑体辐射、光电效应等历史背景，引出波粒二象性和德布罗意波。核心内容是薛定谔方程（Schrödinger Equation）的提出，并解释了波函数 $Psi$ 的物理意义及其概率解释。讲解了算符、本征值和本征函数在量子力学中的核心作用。 第八章：简单量子体系的求解 通过求解经典的“一维无限深势阱”和“一维有限深势阱”问题，学生可以直观地理解能量量子化、波函数的宇称性。随后，我们处理了量子力学中最重要的体系之一——三维球坐标下的氢原子模型。详细推导了能级、轨道角动量和自旋角动量，引入了量子数 $(n, l, m_l, m_s)$ 的概念，为周期表和化学键的形成打下基础。 第九章：角动量、自旋与近似方法 本章专注于更复杂的原子和分子体系。讨论了轨道角动量和自旋角动量的加成原理。随后，引入了处理多电子原子和分子的核心工具——变分法（Variational Principle）和微扰论（Perturbation Theory），特别是对中心场近似和哈特里-福克（Hartree-Fock）方法进行了概述。 第十章：分子键合与分子轨道理论 本章直接将量子力学应用于化学键的形成。首先回顾了价键理论（VB Theory）的局限性。随后，系统地介绍了分子轨道理论（MO Theory），从双原子分子（如 $H_2^+$ 和 $H_2$）出发，解释了成键轨道、反键轨道和非键轨道的形成。讨论了杂化轨道（Hybridization）的概念，并扩展到更复杂的体系，如共轭体系和过渡金属的配位场理论的初步介绍。 第十一章：统计力学：从微观到宏观的桥梁 统计力学是连接微观量子态和宏观热力学量的关键。本章介绍玻尔兹曼分布，解释了配分函数（Partition Function, $Q$）作为核心统计量的地位。详细推导了平动、转动、振动和电子能级的配分函数，并展示了如何从这些微观量计算出宏观热力学量（U, S, G, P 等）。 第十二章：分子间作用力与凝聚态 本章探讨了分子间的非键合作用力，包括范德华力（色散力、诱导力）和氢键。在应用统计力学的基础上，分析了分子间作用力对凝聚态性质（如液体结构、表面张力）的影响。 第三部分：变化的速率——化学动力学 (Chemical Kinetics) 本部分关注化学反应发生的速度、机理以及影响速率的因素。 第十三章：反应速率与反应级数 本章首先定义了反应速率的量度，并引入了反应级数和速率常数 $k$。详细讨论了零级、一级和二级反应的积分速率定律及其线性化图解法。对于可逆反应和连串反应，给出了相应的速率方程分析。 第十四章：反应机理与速率控制步骤 本章深入探讨反应的微观路径——反应机理。讲解了碰撞理论（Collision Theory），解释了反应活化能的意义。随后，引入并推导了最重要的方法之一：稳态近似法（Steady-State Approximation），并讨论了其适用条件。对于快速平衡反应，讲解了预平衡近似法。 第十五章：活化理论与过渡态理论 本章提出了更精确的速率理论。详细分析了绝对反应速率理论（Transition State Theory, TST），推导了 Eyring 方程，解释了反应的焓和熵的活化参数。对比了碰撞理论和过渡态理论的异同和各自的优势。 第十六章：反应速率对环境的依赖 本章研究外部条件如何调控反应速率。重点分析了温度对速率常数的影响（Arrhenius 方程的深入理解）。随后，探讨了催化剂的作用机理，包括均相和非均相催化，并引入了酶催化的基本动力学模型——米氏方程（Michaelis-Menten Kinetics）。 第十七章：表面化学与异相催化 针对气体-固体界面反应，本章讨论了吸附理论，包括物理吸附和化学吸附的区分。详细阐述了 Langmuir 气相吸附等温线及其在催化反应速率分析中的应用。 第四部分：分子世界的探测——光谱学 (Spectroscopy) 本部分介绍如何通过分子与电磁辐射的相互作用来获取分子结构信息。 第十八章：基本原理与分子能级 本章概述了电磁辐射的性质，并引入了分子能级模型。解释了吸收、发射和散射的量子力学基础。重点讲解了选择定则（Selection Rules）和玻尔频率条件。 第十九章：转动与振动光谱 详细分析了分子转动能级（刚性转子模型）和振动能级（谐振子模型）。推导了微波光谱（纯转动）和红外光谱（振动-转动）的选择定则和谱线特征，并介绍了非刚性转子和量子修正对谱线的影响。 第二十章：电子光谱与光化学 本章关注电子能级跃迁。讨论了紫外-可见光吸收光谱，介绍朗伯-比尔定律（Lambert-Beer Law）及其局限性。引入了 Jablonski 图，解释了光物理过程如荧光、磷光和系间窜越。最后，简要讨论了光化学反应的基本概念。 总结与特色 本书的特色在于： 1. 理论深度与广度兼顾： 确保了热力学推导的严谨性，同时系统地引入了现代量子化学和统计力学的基本框架。 2. 清晰的物理图像： 强调了诸如“熵增原理”、“配分函数”等抽象概念的直观物理意义，而非仅仅是数学公式的堆砌。 3. 应用导向： 每章均配有大量的例题和习题，许多习题源于前沿研究或工业实际问题，确保读者能够学以致用。 4. 现代视野： 涵盖了对非平衡态过程和现代分析技术（光谱学）的介绍，使读者对物理化学的当代发展有所了解。 本书适合作为化学、化学工程、材料科学以及生物物理学专业本科生和研究生教材，也是科研人员查阅和复习核心概念的理想参考书。掌握本书内容，即意味着掌握了理解和预测化学现象的物理学钥匙。

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对于我这个偏爱从历史和哲学角度理解科学的人来说，这本书的“背景故事”部分简直是意外的惊喜。它没有把物理化学仅仅视为一套冰冷的公式集，而是融入了大量科学史的叙事元素。读者可以清晰地看到，像吉布斯、普朗克这些巨匠是如何在那个时代背景下，一步步推导出我们今天习以为常的定律，他们经历的争论、犯过的错误，都被巧妙地穿插在理论讲解之中。这种“人”的故事，让那些原本枯燥的定律变得鲜活和富有温度。例如，在阐述熵增定律时，作者不仅解释了统计力学意义，还追溯了它在热力学第二定律发展过程中的哲学意义的演变，这使得我对“不可逆性”有了更深层次的敬畏感。这本书的语言风格在严谨的学术性中保持了一种优雅的文采，读起来丝毫没有晦涩难懂的“教科书腔调”，更像是高质量的科普读物与严谨教材的完美融合体。这使得我在学习之余，还能享受到阅读的乐趣，这在专业书籍中是相当难得的体验。

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说实话，刚开始接触这本教材时，我内心是有些抵触的，毕竟“物理化学”这个名字本身就带着一种令人望而生畏的压迫感。然而，这本书的叙事风格却出乎我的意料，它没有采用那种高高在上的学术口吻，反而像是一位经验丰富、循循善诱的导师在与你对话。作者似乎深谙学生在学习曲线上的挣扎点，总能在关键的概念转折处设置巧妙的“桥梁”，用生活中的类比或者简化的模型来帮助我们消化那些原本晦涩难懂的数学推导。我尤其欣赏它在处理量子化学章节时的细腻处理，没有直接将复杂的薛定谔方程砸在我们面前，而是先用波粒二象性的直观图像建立起感性认识，然后再逐步引入数学框架，这种“由表及里”的教学方法，极大地降低了入门的心理门槛。我感觉自己不是在啃一本教科书，而是在进行一场知识的探险，每解决一个难题，都会带来巨大的成就感。这本书的习题设计也极具启发性，它们并非简单的数值计算，而是引导你去思考背后的物理意义，有些甚至需要你结合不同章节的知识点进行综合运用，真正做到了学以致用。

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我是在准备某项专业考试的关键时期接触到这本书的，当时时间紧、任务重，急需一本能够高效整合知识体系的参考书。这本书的章节结构安排堪称完美的时间管理大师。它的内容划分非常清晰，每一章的开头都有一个明确的“本章目标”列表，让我们对即将学习的内容有一个全局的把握；而章节末尾的“关键术语回顾”和“总结与展望”，则能帮助我们迅速巩固核心概念，查漏补缺。这种结构化的设计，极大地提升了我的复习效率。更重要的是，书中对一些前沿研究方向的提及，虽然篇幅不长，但提供了极佳的视野拓展，让我明白这些基础理论最终是如何应用于现代科学研究中的。例如，它对表面化学和胶体分散体系的论述，虽然深度不及专业著作，但对于理解化学工程中的实际问题已经绰绰有余，这种平衡感把握得非常到位。毫不夸张地说，这本书就像是一个精密的知识导航系统，指引我在浩瀚的物理化学领域中，以最快的速度到达核心知识的彼岸。

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作为一名正在进行课题研究的研究生，我更看重的是工具书的实用性和对细节的精确性。这本书在处理误差分析和数据处理的章节时，展现出了极高的专业水准。它没有停留在基础的“标准差”层面，而是详细讨论了系统误差与随机误差的区分、最小二乘法的多变量应用，甚至是处理光谱数据的基线校正方法。这些内容在很多基础教材中往往是一笔带过，但在实际科研工作中却是至关重要的。书中给出的案例大多来源于真实的研究场景，使得我们可以直接将书中的方法论迁移到自己的实验数据分析中去。此外，对某些关键常数和函数的数值表也异常详尽和准确，这在需要快速查阅可靠数据的时刻，体现了它作为一本“案头必备”的价值。总的来说，这本书不仅是一本学习入门的良师，更是一本能够陪伴你度过整个研究生生涯的、值得信赖的“科学工具箱”，其内容的深度和广度，完全支撑得起“经典”二字的分量。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，那种深邃的蓝色调配上简洁的白色字体，给人的感觉既专业又不失典雅。初次翻开时，我立刻被其清晰的排版所吸引，每一页的留白都恰到好处，即便是面对那些复杂的公式和图表，眼睛也不会感到疲惫。作者在内容编排上的匠心独运也令人称道，知识点的逻辑递进非常自然，从宏观的理论基础到微观的分子动力学，过渡得如同行云流水一般。尤其值得一提的是，书中对实验设计的探讨部分，不仅仅是罗列步骤，而是深入挖掘了每一步背后的物理化学原理，这对于我们这些渴望深入理解实验本质的学生来说，无疑是宝贵的财富。我记得有一次为了理解某个热力学平衡的细节，翻阅了许多资料，最终还是在这本书里找到了最直观、最令人信服的解释，那种豁然开朗的感觉，简直无法用言语形容。而且，书中的插图质量极高，那些三维的分子结构模型栩栩如生，比我在其他教材上看到的要精确得多，对于构建抽象概念的立体图像非常有帮助。这本书的厚度虽然不薄，但完全没有那种“灌水”的感觉，每一页都承载着实实在在的知识重量，让人感到物超所值。

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