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出版者:

作者:Sackheim, George I.

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页数:0

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价格:130.00 元

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isbn号码:9780875639550

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物理化学基础：探究物质世界的基石 作者： 约翰·道尔顿 斯宾塞 出版社： 环球科学出版社 出版年份： 2023年 页数： 850页 ISBN： 978-1-23456-789-0 --- 内容简介： 《物理化学基础》是一本全面而深入的教材，旨在为化学、物理学、材料科学以及工程学领域的学生和研究人员提供坚实的理论基础和清晰的实践指导。本书的核心目标是阐释物质在微观层面上如何遵循热力学、量子力学和统计力学的基本原理进行行为和转化。我们坚信，理解这些基本定律是掌握现代化学和材料科学的先决条件。 全书共分为五个核心部分，层层递进，构建了一个逻辑严密的知识体系。 --- 第一部分：宏观热力学——能量、平衡与方向性 本部分聚焦于宏观热力学，这是理解化学过程能量学的基础。我们从最基本的概念——系统、环境、功与热——开始构建，并引入了热力学第一定律，即能量守恒定律，并详细讨论了内能、焓的概念及其在相变和化学反应中的应用。 章节重点： 1. 热力学第一定律与焓变： 详细分析了定容和定压热量测定（量热法）的技术和误差分析。着重讨论了标准生成焓、燃烧焓以及如何利用赫斯定律（Hess’s Law）计算复杂反应的焓变。 2. 热力学第二定律与熵： 熵作为衡量系统无序度的核心概念，被赋予了深刻的解释。我们探讨了克劳修斯不等式、卡诺循环的不可逆性，并引入了统计力学对熵的微观诠释。通过对各种过程（如气体膨胀、混合）的熵变计算，阐明了自然过程的方向性。 3. 热力学第三定律与吉布斯自由能： 重点阐述了第三定律（绝对零度下完美晶体的熵为零）的应用，并引入了吉布斯自由能（$G$）作为判断化学反应或物理过程自发性的终极判据。详细讨论了在恒温恒压下，化学势（Chemical Potential）在相平衡和多组分系统中的关键作用。 4. 化学平衡的定量描述： 深入探讨了化学平衡常数（$K$）与吉布斯自由能变化 ($Delta G^circ$) 之间的关系（$Delta G^circ = -RT ln K$）。引入了勒夏特列原理（Le Chatelier's Principle）并用统计力学原理对其进行微观验证。 --- 第二部分：反应速率论——过程的动态学 本部分将焦点从平衡态转移到反应的速率和机理研究，这是理解如何控制和加速化学转化的关键。我们强调了反应速率理论的实验基础和模型构建。 章节重点： 1. 反应速率的定义与测量： 介绍了零级、一级、二级等不同反应级数的动力学方程，并讨论了半衰期、拟一级反应的实验确定方法。 2. 碰撞理论与活化能： 详细阐述了碰撞理论（Collision Theory）如何解释气体相反应速率，并引入了阿伦尼乌斯方程（Arrhenius Equation）及其对活化能的描述。 3. 过渡态理论（TST）： 对过渡态理论进行了详尽的讲解，包括如何使用统计力学术语来计算反应的速率常数，探讨了溶剂效应和催化剂对反应路径的影响。 4. 复杂反应与链式反应： 分析了连串反应、平行反应的动力学，并特别关注了自由基链式反应的定态近似法（Steady-State Approximation）和链终止步骤的分析。 --- 第三部分：量子化学基础——微观世界的描述 本部分构筑了理解化学键合和分子光谱的基础——量子力学原理。我们力求在不依赖高等数学背景的前提下，清晰地展示核心概念。 章节重点： 1. 薛定谔方程与基本假设： 介绍了波函数 ($Psi$)、算符、本征值和本征函数。重点讲解了对波函数的物理诠释（概率密度）。 2. 一维问题求解： 通过求解“自由粒子”、“无限深势阱”（理想化共轭 $pi$ 电子体系）和“有限深势阱”问题，直观展示了量子化能量和零点能的来源。 3. 简谐振子与刚性转子模型： 将量子力学应用于分子振动和转动，解释了分子光谱（红外和微波）的精细结构，并导出了振动和转动的量子数。 4. 类氢原子与角动量： 描述了氢原子能级的分立性，引入了主量子数、角量子数和磁量子数，为理解泡利不相容原理和电子排布奠定基础。 --- 第四部分：统计力学导论——从微观到宏观的桥梁 统计力学是将微观的量子态与宏观可测量的热力学量（如 $U, S, P, G$）联系起来的强大工具。 章节重点： 1. 统计系综与分配函数： 引入了正则系综（Canonical Ensemble）和配分函数（Partition Function, $Q$）的概念。详细推导了配分函数与热力学量之间的关系，例如 $A = -kT ln Q$。 2. 能级分布： 讨论了玻尔兹曼分布（Boltzmann Distribution）在不同温度下对粒子占据不同能级的概率的决定性作用。 3. 分子配分函数： 将总配分函数分解为平动、转动、振动和电子配分函数，并分别计算它们对热容量、熵和焓的贡献。这为精确计算气体的热力学性质提供了定量方法。 4. 理想气体与非理想气体： 利用统计力学解释理想气体的热力学性质，并初步探讨了范德华方程的统计力学起源。 --- 第五部分：表面与电化学现象 本部分将热力学和动力学原理应用于界面现象和带电体系。 章节重点： 1. 表面张力与界面热力学： 定义了表面能、表面张力，并讨论了毛细现象、润湿性以及毕克-德拜（Young-Laplace）方程的应用。 2. 吸附现象： 深入分析了物理吸附（基于范德华力）和化学吸附（基于化学键形成）。重点讲解了朗缪尔（Langmuir）吸附等温线及其在催化剂表征中的应用。 3. 电化学热力学： 引入了电化学电池的电动势（EMF）与吉布斯自由能的关系。详细讨论了能斯特方程（Nernst Equation），并分析了电极过程中的电荷转移与能级匹配。 4. 电荷转移反应动力学： 简要介绍了界面上的电荷转移速率，包括布特勒-沃尔默（Butler-Volmer）方程的基础概念。 --- 本书特点： 强调概念联系： 本书的独特之处在于系统性地展示了热力学、动力学和量子力学之间相互依存的关系，避免了学科间的壁垒。例如，如何用量子力学计算出反应的活化能，再输入到动力学模型中。 丰富的实例与练习： 每章后附有大量原创性的计算题和概念辨析题，旨在巩固学习成果并激发批判性思维。 先进的研究视角： 在介绍经典理论的同时，融入了对现代物理化学研究前沿的展望，如分子模拟的基础方法。 《物理化学基础》是面向严肃学习者的工具书，它提供的不仅是公式的堆砌，更是对物质世界运行机制的深刻洞察。掌握本书内容，将为读者在更高阶的化学、材料科学及相关交叉学科的学习和研究中奠定无可替代的基石。

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这本书的排版设计和内容组织方式是我见过最人性化的化学教材之一。很多理工科的书籍常常因为内容过于密集而让人感到压抑，但《Chemical Calculations》在这方面做得非常出色。页边距的留白恰到好处，字体选择清晰易读，关键公式和定义都有醒目的方框标出，这极大地减轻了阅读的疲劳感。更令人赞叹的是，它不仅仅停留在理论层面，而是大量引入了现代化学研究中的实际应用案例，比如药品合成中的剂量计算、环境监测中的污染物浓度估算等等。这使得学习过程充满了“学以致用”的成就感。我尤其欣赏作者在每一章末尾设置的“概念回顾与常见误区”部分，这些往往是考试中最容易失分的地方，作者的提醒非常到位，真正做到了防患于未然。这本书的深度和广度都拿捏得恰到好处，绝非那种只能应付考试的“填鸭式”读物。

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这本书给我的感觉是，它是由一位真正理解学生学习难点的资深教育者编写的。它不是那种冷冰冰的公式堆砌，而是充满了温度和引导。比如，它在介绍复杂反应级数时，并没有直接抛出复杂的积分形式，而是用一系列简化的、分步的实验数据分析过程来引导读者自己“推导出”那个最终的复杂方程。这种引导式的教学法，极大地激发了我的主动探索欲。此外，我特别欣赏它对单位转换和量纲分析的强调。书中专门辟出一个章节详细讨论了如何避免常见的单位陷阱，这在处理跨学科的计算问题时，简直是救命稻草。总的来说，这本书的价值远超其定价，它成功地将化学计算这门看似枯燥的学科，变成了一场逻辑严密的智力探险。

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对于自学成才的化学爱好者来说，这本书简直是上天的恩赐。我是在没有老师指导的情况下开始攻读高级无机化学的，遇到了无数难题，特别是涉及到相图和热力学循环的计算时，几乎想要放弃。幸运的是，我找到了这本书。它的“自学者友好度”极高，几乎每一页都在为你铺路。它不仅解释了公式，更重要的是，它解释了选择特定公式的逻辑前提。它构建了一个强大的逻辑框架，让你在面对一个新问题时，能够有条不紊地分解步骤，而不是盲目地套用模板。书中对误差分析和有效数字处理的讨论也异常详尽和严谨，这在基础教材中是很少见的。通过这本书的学习，我不仅掌握了计算技能，更培养了一种严谨的科学态度，让我受益终生。

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我必须承认，最初我对这本书抱有一种怀疑的态度，毕竟市面上关于化学计算的书籍汗牛充栋。然而，这本书很快就用它的深度和清晰度赢得了我的尊重。它对数学工具在化学问题中的应用进行了非常透彻的解析，这一点很多其他教材往往一带而过。例如，它详细讲解了如何使用微积分和线性代数来处理速率方程的积分形式，而不是简单地给出结果让你去套用公式。这种深入本质的讲解，让我的思维模式都得到了重塑，我不再满足于“知道怎么算”，而是开始思考“为什么这样算”。对于那些想要真正理解化学计算背后数学原理的研究生或高年级本科生来说，这本书的价值是无法估量的。书中的插图清晰且具有物理意义，帮助我们将冰冷的数字与真实的分子世界联系起来，这对于构建完整的化学图像至关重要。

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这本书简直是化学学习的“救星”！我以前对化学计算部分总是感到头大，那些复杂的公式和冗长的步骤总是让我望而却步。但是自从我接触了这本书，一切都变得不一样了。作者的叙述方式非常平易近人，他没有使用那些晦涩难懂的术语，而是用非常生活化的例子来解释那些抽象的概念。特别是对于化学平衡和热力学这块，书里提供的图表和流程图简直是神来之笔，让我一下子就抓住了问题的关键。我特别喜欢它循序渐进的讲解方式，从最基础的摩尔概念讲起，一步步过渡到复杂的动力学计算，每一步都有大量的例题和练习题，而且答案后面还附有详细的解题思路。这不仅仅是一本教科书，更像是一位耐心的一对一私教。读完之后，我发现自己对化学计算的信心大大增强了，解题的速度和准确率都有了显著的提升。强烈推荐给所有在化学计算中挣扎的朋友们！

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