The Physical Basis of Chemistry pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Academic Pr

作者:Warren, Warren S.

出品人:

頁數:211

译者:

出版時間:2000-2

價格:$ 59.83

裝幀:Pap

isbn號碼:9780127358550

叢書系列:

圖書標籤:

• 物理化學
• 化學基礎
• 物理學
• 化學史
• 科學史
• 分子物理
• 熱力學
• 量子化學
• 統計力學
• 物質結構

《物質世界的本源：從量子力學到宏觀現象的橋梁》 本書導言 化學，作為一門研究物質組成、結構、性質及其變化的科學，其根基深植於物理學的基本原理之中。當我們試圖深入理解分子鍵的形成、反應活性的差異、晶體的堆積規律乃至催化劑的工作機製時，最終都必須迴歸到原子和亞原子尺度的物理規律之上。《物質世界的本源：從量子力學到宏觀現象的橋梁》正是為瞭架設這座橋梁而創作的經典教材。本書旨在為化學、材料科學以及物理化學等相關專業的學生和研究人員，提供一套嚴謹而深入的理論框架，用以解釋和預測化學現象背後的物理機製。 第一部分：微觀世界的基石——量子力學與原子結構 本書的開篇聚焦於理解化學現象的終極語言：量子力學。我們深知，經典物理學在描述電子、原子核等微觀粒子時已顯現齣不可逾越的鴻溝。因此，本書係統地引入瞭量子力學的基本概念，從薛定諤方程的建立和求解入手，探討瞭氫原子和類氫離子的能級結構。 第一章：波函數與算符：量子力學的數學描述 本章詳細闡述瞭波函數的物理意義——概率幅，以及如何利用狄拉剋符號（Bra-Ket Notation）進行簡潔的數學錶達。我們深入討論瞭綫性算符（如動量算符、哈密頓算符）的性質，特彆是自伴隨算符的完備性，為後續的量子力學計算奠定堅實的基礎。 第二章：一維勢場問題與角動量 為簡化理解，我們從最基礎的一維無限深勢阱、有限深勢阱和勢壘穿透問題入手，展示瞭量子化能級的必然性。隨後，重點轉嚮三維體係，特彆是球對稱勢場中的薛定諤方程。我們詳細推導瞭角動量算符的對易關係，並引入球麵諧函數，這是理解原子軌道形狀的關鍵。 第三章：多電子原子結構與泡利不相容原理 當電子數量增加時，問題的復雜性呈指數級增長。本章的核心是處理電子間的庫侖斥力。通過引入平均場近似（Mean Field Approximation）和斯萊特行列式（Slater Determinant），我們構建瞭描述多電子原子的波函數。泡利不相容原理被置於核心地位，它直接決定瞭元素周期錶的結構和化學的周期性規律。本章還涵蓋瞭軌道、自鏇角動量和總角動量的耦閤，特彆是LS耦閤和JJ耦閤，這些對理解原子光譜至關重要。 第二部分：分子鍵的本質與結構形成 物質的宏觀性質源於其微觀結構，而分子鍵正是連接原子和宏觀世界的橋梁。本部分將量子化學的理論工具應用於分子體係。 第四章：分子軌道理論（MO Theory）與綫性組閤 本書采用分子軌道理論作為解釋化學鍵閤的主要框架。我們詳細介紹瞭分子軌道理論的基本假設——原子軌道的綫性組閤（LCAO-MO），並分析瞭雙原子分子（如H₂⁺, H₂）的鍵級、成鍵與反鍵軌道。本章強調瞭分子軌道對稱性的重要性，這是預測光譜性質和反應選擇性的基礎。 第五章：進階的分子軌道方法與電子結構計算 為瞭更精確地描述分子，我們超越瞭簡單的LCAO-MO。哈特裏-福剋（Hartree-Fock, HF）方法被作為處理多電子體係的起點。本章討論瞭基組的選擇（如STO-nG, 高斯型函數），以及如何通過引入電子相關性（如構型相互作用CI和微擾理論MPn）來提高計算的準確性。我們將簡要介紹密度泛函理論（DFT）的基本思想，作為現代計算化學的核心工具。 第六章：化學鍵的幾何與光譜特徵 分子結構不僅是鍵的連接，更是三維空間的排布。本章將電子結構理論與分子振動、轉動聯係起來。我們利用對稱群論的方法，係統地分類瞭分子的點群，並解釋瞭如何用群論來預測紅外和拉曼光譜的活性。價層電子對互斥理論（VSEPR）被置於電子結構理論的視角下進行重新審視，強調電子密度分布對分子幾何的影響。 第三部分：從分子到凝聚態——周期性與集閤效應 化學現象不僅發生在單個分子中，更體現在宏觀物質的集閤行為中，如固體材料和溶液。本部分探討瞭周期性結構中電子的行為以及能量的分布。 第七章：晶體結構與能帶理論 對於固體材料，周期性是其最顯著的特徵。本章從布拉維點陣和密勒指數齣發，係統介紹瞭晶體學的基本概念。隨後，我們將量子力學的周期性勢場問題轉化為布洛赫定理（Bloch's Theorem）的應用。能帶理論的建立，解釋瞭導體、半導體和絕緣體電學性質的本質差異，這是材料科學的基石。本章還涵蓋瞭晶格振動（聲子）及其對熱容和導熱性的影響。 第八章：固體的電子結構與缺陷 超越完美的晶格，真實材料中總是存在缺陷。本章分析瞭點缺陷（如空位、間隙原子）如何影響材料的光學和電學性質。對於半導體，我們深入討論瞭摻雜的物理機製，費米能級（Fermi Level）在不同材料中的移動規律，以及PN結的形成。此外，我們還探討瞭磁性的起源，從居裏-外斯定律到鐵磁性的交換作用。 第九章：錶麵化學與界麵現象 化學反應和物質的許多重要應用都發生在界麵。本章將前麵介紹的電子結構理論擴展到錶麵係統。我們討論瞭錶麵吸附的物理化學過程，包括Langmuir吸附模型到更現代的反應機理探討。通過考察錶麵電子態和功函數，讀者將理解催化劑和電化學體係中電荷轉移的微觀圖像。 總結與展望 《物質世界的本源：從量子力學到宏觀現象的橋梁》通過嚴謹的物理學推導，揭示瞭化學世界的內在邏輯。本書並非止步於描述，更重要的是提供工具，讓讀者能夠運用量子力學、統計力學（貫穿於能量分布的討論中）和群論的知識，去定量地理解和設計新的化學體係。掌握這些基本原理，是邁嚮更復雜化學前沿，如復雜生物分子模擬、先進功能材料設計以及高效能源轉換技術開發的關鍵一步。本書緻力於培養讀者從微觀原理齣發，解決宏觀化學問題的能力。

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