Basic Physical Chemistry for the Atmospheric Sciences pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Hobbs, Peter V.

出品人:

页数:222

译者:

出版时间:2000-9

价格:$ 136.73

装帧:

isbn号码:9780521780834

丛书系列:

图书标签:

• 物理化学
• 大气科学
• 化学动力学
• 热力学
• 量子化学
• 大气化学
• 环境化学
• 物理
• 化学
• 科学

基础大气科学化学导论 内容简介 本书旨在为大气科学、环境科学以及相关领域的研究人员和高级学生提供一套全面而深入的基础化学知识体系，重点关注这些化学原理在地球大气系统中的实际应用与复杂性。本书不侧重于分子层面的量子化学或高度专业化的物理化学分支，而是强调构建理解大气过程所需的核心化学概念和定量分析工具。 第一部分：大气系统的化学基础 本部分首先建立起理解大气化学所需的物质状态、热力学和动力学框架。 第一章：大气物质的组成与基本性质 详细探讨了干燥空气的组成，包括主要气体（氮气、氧气、氩气）的浓度、来源与循环。重点分析了痕量气体的多样性，如水蒸气、臭氧、甲烷、二氧化碳以及其他挥发性有机化合物（VOCs）的浓度范围、测量方法及其在能量平衡中的作用。引入了气体的摩尔体积、分压、理想气体定律在不同大气条件下的适用性与修正。讨论了大气密度、粘度等宏观物理性质与化学反应速率的间接联系。 第二章：大气中的热力学基础 本章深入讲解了热力学第一、第二和第三定律在描述大气过程中的应用。详细阐述了焓、熵、吉布斯自由能的概念及其计算方法。重点放在相平衡，特别是水的三相点、水汽凝结与蒸发过程的热力学驱动力（如Clausius-Clapeyron方程的应用）。讨论了大气中的绝热过程与温室效应的气体热力学性质。引入了化学势的概念，用于判断大气中各种物质混合的自发性。 第三章：化学反应动力学与速率定律 本部分聚焦于大气化学反应的速度控制因素。详细介绍了一级、二级及零级反应的动力学模型。深入分析了温度对反应速率的影响（Arrhenius方程），并讨论了指前因子和活化能在大气环境中的物理意义。引入了准稳态近似（QSSA）和定态假设（SSA）在处理大气中复杂连锁反应机制时的应用。讨论了光化学反应的特殊性，包括光吸收截面、量子产率以及光解速率的计算方法。 第二部分：关键大气化学过程的机制与模型 本部分将理论化学原理应用于大气中最重要的化学现象，如氧化还原、酸碱平衡和气溶胶的形成。 第四章：大气中的氧化还原过程 阐述了氧化数和氧化还原电位在判断大气中物质稳定性的作用。重点分析了大气中主要的氧化剂，如羟基自由基（$ ext{OH}cdot$）、硝基过氧自由基（$ ext{NO}_3cdot$）和原子氧。详细探讨了 $ ext{OH}cdot$ 自由基的生成、消耗以及其在清除大气污染物中的核心地位。讨论了硫（$ ext{SO}_x$）和氮（$ ext{NO}_x$）化合物的氧化途径，包括气相和液相中的转化效率。 第五章：大气酸碱化学与水相反应 本章专注于水溶液中的化学平衡。系统介绍亨利定律，用于计算气体在水中的溶解度，并讨论温度和盐度对溶解度的影响。详细分析了弱酸和弱碱在水中的解离平衡，包括碳酸体系（$ ext{CO}_2/ ext{H}_2 ext{CO}_3/ ext{HCO}_3^-/ ext{CO}_3^{2-}$）的详细平衡常数及其在云水和雨水酸度中的主导作用。介绍了酸雨的形成机制，并对比了气相和液相中酸性物质的转化速率。 第六章：气溶胶的形成与表面化学 本部分探讨了大气颗粒物（气溶胶）的化学基础。重点讨论了气体向颗粒物的转化过程，包括成核（均相与异相）和凝结增长的理论模型。详细分析了气溶胶颗粒表面的吸附与解吸过程的热力学驱动力。讨论了关键无机气溶胶（如硫酸盐、硝酸盐、铵盐）的平衡态预测，使用化学平衡模型（如ISORROPP或EQCALC的原理概述）来预测颗粒物的成分随环境条件的变化。引入了颗粒物表面催化反应的概念及其对大气中污染物寿命的影响。 第三部分：特定大气成分的化学循环 本部分关注地球化学循环中具有长期意义的特定关键分子。 第七章：臭氧的生成与损耗 系统梳理了平流层臭氧的查普曼循环，并详细计算了臭氧净损耗的速率限制步骤。深入分析了对流层中臭氧的“光化学烟雾”生成机制，即$ ext{NO}_x$ 催化循环。讨论了氯、溴自由基通过稳定化合物（如CFCs，HCFCs）的释放，如何通过催化方式加速平流层臭氧的损耗，重点关注反应机理和链式反应的终止条件。 第八章：碳循环中的关键化学步骤 本章聚焦于二氧化碳和甲烷在大气中的化学命运。详细研究了二氧化碳在大气中与水和生物圈的交换过程的热力学驱动。分析了甲烷在对流层中被 $ ext{OH}cdot$ 自由基清除的速率限制性反应，并讨论了其长期气候效应的化学基础。简要介绍了非甲烷碳氢化合物（NMHCs）的氧化链反应，及其对 $ ext{OH}cdot$ 预算和二次有机气溶胶（SOA）形成的影响。 第九章：硫和氮的区域与全球化学 本章整合前述动力学和热力学知识，分析硫和氮在大气中的传输、转化与沉降。详细考察了 $ ext{SO}_2$ 在湿法和干法过程中的氧化效率，特别是云水和雾滴中 $ ext{SO}_2$ 氧化成硫酸盐的催化机制。对比了 $ ext{NO}_x$ 在近地面和高空中的化学行为差异，并讨论了 $ ext{N}_2 ext{O}_5$ 在颗粒物上的化学转化（非自由基过程）对 $ ext{NO}_x$ 寿命的影响。 结论与展望 全书最后总结了大气化学作为一门交叉学科的复杂性，强调了准确测量、完善的反应速率常数数据库以及改进的气候模型对准确预测大气环境变化的决定性作用。强调了理解这些基础化学过程对于制定减排和气候政策的科学基础意义。 本书的叙述风格严谨、逻辑清晰，注重化学原理与大气观测数据的紧密结合，旨在为读者提供一个坚实的理论基石，而非单纯的现象描述。

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在语言风格上，作者展现了一种罕见的平衡感——既有学术的严谨性，又不失必要的亲切感。通读全书，你不会感受到那种冷冰冰、只有符号堆砌的教科书腔调。作者在阐述关键物理机制时，往往会插入一些简短的历史背景介绍，比如某个定律是如何被发现，解决了当时哪个核心的科学难题。这种叙事方式极大地丰富了知识的“人情味”，让我们明白这些公式背后是人类智慧的结晶，而非凭空出现的真理。同时，在涉及到一些最新的气候模型或观测技术时，文字的表述又极其精确和专业，没有丝毫含糊不清的地方。例如，在讨论气溶胶的散射效应时，它能熟练地在宏观的现象描述和微观的粒子散射理论之间切换，确保不同背景的读者都能找到理解的切入点。这种行文上的张弛有度，让长时间的阅读变得不那么枯燥乏味，保持了学习的专注度。

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我必须强调一下书中习题部分的编排，这简直是衡量一本优秀教材的关键指标。本书的课后习题绝非那种简单重复概念的“应试题”，而是真正能够检验理解深度的“思考题”。它们的设计巧妙地涵盖了从基础计算到复杂情景模拟的各个层面。有些题目会要求你结合实际大气廓线数据进行反推，而不是给出所有已知条件；另一些则更偏向于概念辨析，要求你用简洁的语言阐述某个物理过程的能量转换路径。更值得称赞的是，书中对部分核心例题提供了详尽的解题步骤和思路分析，而不是仅仅给出一个最终答案。这使得我们在做错题后，能够清晰地看到自己的思维断点在哪里，并且学习到解题的“套路”。我个人就花了很多时间在那些需要多步推理的综合题上，它们真正磨练了我的分析能力，远比死记硬背公式有效得多，可以说，这本书的习题部分本身就是一套独立的、高强度的训练营。

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这本书的内容组织逻辑性达到了教科书的顶尖水准。作者在构建知识体系时，似乎是站在一个完全初学者的角度，然后一步步引导我们进入高阶领域。开篇并没有直接抛出那些让人望而生畏的复杂方程，而是从最基础的气体定律和热力学基本概念开始，用非常生活化的例子来解释，比如解释大气压强时，会穿插一些对高山反应的简短描述，一下子就拉近了理论与实际的距离。随着章节深入，这种循序渐进的结构优势体现得淋漓尽致。比如，在介绍辐射传输理论时，它会先把光的吸收、散射这些独立概念讲透，再将它们耦合起来，形成完整的传输方程，而不是囫囵吞枣地一次性呈现。这种精妙的“分解与重组”的学习路径，使得那些原本被认为晦涩难懂的物理化学原理，变得条理分明、触手可及，极大地降低了自学过程中的挫败感，这对于理工科学习者来说，简直是福音。

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这本书的排版和装帧着实让人眼前一亮，封面设计简洁有力，那种深邃的蓝色调仿佛一下子就把你拉进了广袤无垠的天空之下。拿到手时，纸张的质感也相当不错，拿在手里沉甸甸的，让人感觉物有所值。内页的印刷清晰度无可挑剔，图表和公式的呈现都非常专业，尤其是一些复杂的气象模型图，细节处理得非常到位，即便是初次接触这些概念的人，也能通过清晰的视觉辅助理解得更深入一些。装帧的牢固程度也让人放心，厚实的锁线胶装，即便是经常翻阅也不会轻易散页。我个人比较喜欢它在章节之间的过渡设计，每当一个新的主题开始时，总会有一个小小的引言或者一个视觉上的分隔符，这种细微的体贴设计，极大地增强了阅读的连贯性和愉悦感。光是看着它摆在书架上，就已经能感受到一种学术的庄重感和对知识的尊重，这种实体书的体验是电子版无法比拟的，它更像是一件值得珍藏的工具书，而不是快消品。

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从实用性和前瞻性的角度来看，这本书的选材布局非常贴合当前大气科学领域的研究热点。它不仅仅满足于复述经典的热力学和动力学基础，更深入地探讨了那些与现代气候变化和空气质量预测息息相关的进阶主题。例如，对云微物理过程的介绍相当详尽，从凝结核的形成到降水效率的计算，都给予了足够的篇幅和现代化的处理方法。此外，书中对于辐射平衡方程的推导和应用，也融入了最新的吸收谱线数据和遥感反演的初步概念，这对于有志于从事大气遥感或数值模拟的学生来说，是极为宝贵的起点。它似乎有一种“面向未来”的编辑思维，确保读者学到的知识不仅是扎实的过去，更是能够立刻投入到当前科研工作中的工具箱。这种与时俱进的编纂思路，让这本书的价值远超了一般的入门教材，更像是一本能够陪伴研究人员度过早期职业生涯的必备参考书。

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