具体描述
This comprehensive introduction to inorganic chemistry, suitable for both undergraduate and graduate level courses, succinctly addresses the fundamental tenants of inorganic chemistry and clarifies many complex concepts, all based on the periodic table. Topics include radii and energies, evolution of orbital energies, the oxidation states of the elements, and the relativistic effects in the heavy elements. Information is presented qualitatively and requires only rudimentary knowledge of quantum chemistry.
《元素化学：结构、反应与应用前沿》 内容简介 本书旨在为化学、材料科学以及相关工程领域的学生和研究人员提供一部全面、深入且具有前瞻性的元素化学教材。与聚焦于特定主题或应用的书籍不同，《元素化学：结构、反应与应用前沿》以元素周期表为核心框架，系统性地梳理了从s区到f区的各个族群的结构特性、反应规律及其在当代科技中的关键应用。全书力求在保持化学原理严谨性的基础上，融入最新的实验技术和理论计算成果，展现元素化学的动态性和广阔前景。 第一部分：理论基础与周期性规律的再审视 本部分首先回顾了原子结构、电子排布和分子轨道理论在解释元素周期性方面的核心作用。重点讨论了相对论效应，特别是对于重元素（如第六周期及以后）中s轨道收缩和p轨道扩张如何显著影响其化学性质和氧化态稳定性的深入分析。 原子结构与电子结构： 详细探讨了量子力学模型如何精确描述原子能级，并引入了更精细的参数，如电子亲和势、电离能（多级）的精确测定方法及其在预测键合行为中的应用。 周期性与过渡金属电子学： 深入分析了d区和f区元素的电子结构特点，特别是晶体场理论（CFT）和配位场理论（LFT）的局限性与优势，以及它们如何解释过渡金属配合物的颜色、磁性和催化活性。重点讨论了自旋交叉现象及其在分子开关中的潜在应用。 键合的本质： 超越经典的离子键和共价键模型，本书引入了多中心键、三中心二电子键以及在稀有气体化合物中观察到的弱相互作用键的形成机制，为理解超高压或极端条件下元素行为奠定理论基础。 第二部分：主族元素（s, p区）的深度探索 主族元素虽然常被视为基础知识，但本书着重挖掘了其在新型材料和绿色化学中的复杂行为。 碱金属与碱土金属（s区）： 探讨了超碱金属（如锂、钠）在非质子溶剂中的溶剂化效应及其在下一代电池技术中的电化学性能优化。对于钙、锶、钡，关注其在材料科学中作为结构骨架或生物活性离子的作用，尤其是其氧化物和氮化物的热力学稳定性研究。 硼、碳、硅、锗（第14族）： 碳化学的篇幅将扩展到石墨烯、碳纳米管之外，深入分析了硅酸盐玻璃的精细结构调控，以及锗在光电转换材料中的独特地位。硼氢化物化学作为高能燃料和储氢材料的研究热点也将被详述。 氮、磷、砷（第15族）： 重点分析了氮的固定与活化难题，探讨了新型催化剂如何实现温和条件下的N₂转化。磷化学部分聚焦于新型阻燃剂的分子设计，以及砷/锑的半导体特性与环境毒性治理。 氧、硫、硒、碲（第16族）： 氧化学将讨论活性氧物种（ROS）在生物体系中的作用，以及超氧化物歧化酶等酶的催化机理。硫化物和硒化物在能源存储（如固态电池电解质）中的应用前景被详细分析。 卤素与稀有气体（第17、18族）： 卤素化学侧重于碘化合物在有机合成中的催化作用，以及新型含氟聚合物的介电性能。对于稀有气体，本书将展示最新的高压/低温下氙和氪的化学反应成果，挑战传统惰性观念。 第三部分：过渡金属与内过渡金属的精细化学 过渡金属是催化科学和功能材料的核心。本书将结构、电子态与宏观性能紧密联系。 d区元素（Sc-Zn）： 第一行过渡金属（Ti-Cu）： 深入探讨钛和钒在高效氧化物催化剂中的作用，特别是其可变氧化态的优势。铁、钴、镍的配位化学将集中在生物无机模型化合物以及均相催化中的C-H键活化反应。 第二、三行过渡金属（Y-Hg）： 重点分析钼、钨、铼等高原子序数金属在碳排放捕获与转化（如CO₂还原）中的多相催化性能。贵金属（Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au）的催化活性将通过密度泛函理论（DFT）计算预测的过渡态能量进行定量分析。 f区元素（镧系与锕系）： 镧系（内过渡金属）： 详细阐述镧系离子（Ln³⁺）的特有光谱性质，及其在荧光探针、磁共振造影剂和高密度信息存储材料中的应用。重点分析了钆、铽、铕配合物的构效关系。 锕系元素（超重元素化学的视角）： 侧重于锕系元素（U, Pu, Am等）的氧化态多样性及其在核燃料循环中的分离化学。对于超重人工合成元素，讨论其化学性质的预测模型，特别是其可能出现的非预期化学行为。 第四部分：元素化学的前沿交叉领域 本部分致力于展示元素化学如何驱动多个高新技术领域的发展。 可持续化学与元素替代： 探讨如何用储量丰富的非贵金属（如Fe, Mn, Co）替代昂贵的Pd, Pt等催化剂，实现绿色高效的化学转化。讨论新型储能体系（如钠离子、镁离子电池）中关键活性元素的电化学行为。 配位聚合物与金属有机框架（MOFs）： 详细介绍如何通过精确控制金属节点的配位几何和有机连接体的设计，构建具有特定孔径、高比表面积的新型多孔材料，应用于气体分离、存储和异相催化。 生物元素与生命化学交叉： 关注铁、铜、锌等生命必需元素在生命体内的精确调控机制。讨论过渡金属配合物作为新型抗癌药物或抗菌剂的设计原理，强调其选择性和细胞毒性机制。 高熵合金与复杂金属间化合物： 介绍由五种或更多元素组成的复杂合金体系，探讨其在极端环境（高温、高压、强腐蚀）下表现出的卓越性能，这要求对多组分体系中的电子结构和相稳定性有深刻理解。 总结 《元素化学：结构、反应与应用前沿》不仅是一本关于元素性质的参考书，更是一本引导读者思考元素周期表结构如何映射到尖端科学难题解决方案的工具书。通过整合结构化学、物理化学、无机合成与应用科学的最新成果，本书旨在培养读者从原子尺度理解物质世界的能力。
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