具体描述
This collection of challenging experiments will help get readers up to speed on laboratory techniques, safety and experimental procedures. Each experiment is presented with concise objectives, a comprehensive list of techniques, and detailed lab intros and step by step procedures. Beran also integrates numerous Dry Labs, experiments that do not involve chemicals but reinforce the reader's knowledge of general chemistry topics such as nomenclature, oxidation numbers, and atomic and molecular structure.
《物理化学导论：从微观到宏观的探索》 内容简介 本书旨在为化学、物理学、材料科学以及相关工程领域的学生和研究人员提供一个全面而深入的物理化学基础。它不仅涵盖了经典物理化学的核心理论框架，更注重将这些理论与现代实验技术和前沿科学问题相结合，引导读者理解物质在原子和分子尺度上的行为如何决定其宏观性质和化学反应的规律。 第一部分：热力学基础与宏观行为 本书的第一部分系统地构建了化学热力学的严谨基础。 第一章：热力学基本概念与定律 本章从基础的系统、边界和环境定义入手，引入了功、热、内能等基本热力学量。重点阐述了热力学第零定律（温度的本质）和第一定律（能量守恒在化学过程中的应用），详细讨论了焓的概念及其在恒压过程中的重要性。通过大量实例，如相变和化学反应的热效应计算，巩固了能量概念的实际应用。 第二章：热力学第二定律与熵 熵的概念是理解自然界方向性的关键。本章深入探讨了第二定律的统计学和宏观表述，清晰区分了热力学熵和统计力学熵。通过卡诺循环和热机效率的分析，阐明了熵增原理的不可逆性。随后，引入吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能，并详细讨论了它们如何作为判断化学平衡和自发过程的判据。重点分析了纯组分相平衡（如克拉珀龙方程的应用）和多组分系统的活度、逸度概念。 第三章：相平衡与化学势 本章聚焦于系统的平衡状态。详细分析了一组分、二组分和三组分系统的相图。对于溶液体系，引入了化学势的概念，并将其与拉乌尔定律和亨利定律联系起来，探讨了依数性。对共熔点、共沸点以及非理想溶液（如电解质溶液）中的热力学处理进行了深入的讲解，为理解混合物的性质奠定了基础。 第二部分：化学平衡与反应动力学 第二部分将热力学原理应用于实际的化学变化过程，分析了反应的驱动力和速率。 第四章：化学平衡的定量描述 本章将热力学平衡常数与化学势的差值联系起来，推导出平衡常数与温度的关系（范特霍夫方程）。详细讨论了同相和多相反应的平衡计算，以及压力、温度和惰性气体对平衡位置的影响。通过勒夏特列原理的微观解释，加深了对反应趋势的理解。 第五章：反应速率导论与基本动力学模型 本章从速率常数和反应级数开始，构建了化学反应速率的基础框架。重点分析了零级、一级和二级反应的积分和微分速率定律，并探讨了如何通过实验数据（如半衰期法和初速率法）确定反应级数和速率常数。 第六章：复杂反应动力学与催化 本章扩展到更复杂的反应机制。探讨了连串反应、平行反应的速率控制问题。详细介绍了过渡态理论（TST）的基本假设，并解释了活化能的概念。随后，深入分析了催化反应的机理，包括均相和多相催化，强调了催化剂在降低反应能垒中的关键作用。 第七章：高级动力学主题：链反应与表面反应 本章深入探讨了自由基链式反应的稳态近似处理方法，如聚合反应和燃烧过程中的动力学建模。此外，还引入了表面化学反应的初步概念，包括吸附理论（Langmuir和BET吸附等温线），为后续的表面科学和催化剂设计打下基础。 第三部分：统计力学与分子性质 第三部分是本书的理论核心，连接了微观粒子的量子行为与宏观的热力学量。 第八章：分子能级与统计力学基础 本章引入量子力学的基本概念，如能级、波函数和算符，但侧重于其在热力学中的应用。详细阐述了玻尔兹曼分布定律，这是统计力学的基础。通过配分函数（Partition Function）的概念，系统地推导了平动、转动、振动和电子能级的配分函数。 第九章：从配分函数到热力学量 本章是统计力学与宏观热力学的桥梁。详细展示了如何利用配分函数，通过微商关系，推导出内能、熵、自由能和化学势等所有热力学函数。通过对比玻尔兹曼统计、玻色-爱因斯坦统计和费米-狄拉克统计的适用范围，深化了对统计模型的理解。 第十章：分子光谱与结构信息 本章将统计热力学与实验测量相结合。详细分析了宏观热容与微观振动能级的关联。随后，重点探讨了旋转光谱（微波）、振动光谱（红外和拉曼）的原理及其对分子几何结构和键性质的贡献。 第四部分：电化学与表面现象 最后一部分聚焦于涉及电荷转移和界面效应的化学过程。 第十一章：电化学热力学与电池 本章从法拉第定律出发，系统地介绍了电化学池（原电池和电解池）的热力学基础。重点讨论了能斯特方程的推导及其在计算标准电极电势中的应用。详细分析了电池的电动势、极化效应以及电化学反应的吉布斯自由能关系，为能源存储和转换提供了理论工具。 第十二章：界面现象与电化学动力学 本章关注电极/溶液界面的结构和反应速率。介绍了双电层模型（如亥姆霍兹模型），以及电化学反应的活化能和电荷转移系数。详细讨论了极化、过电位以及电化学过程的 Tafel 方程，为理解电催化和腐蚀现象提供了定量框架。 总结与特色 本书的特色在于其严谨的逻辑结构，从不可撼动的热力学第一、第二定律出发，通过统计力学的微观诠释，最终回到可测量的化学反应速率和电化学行为。全书穿插了大量的例题和习题，并提供了最新的实验数据和应用案例，旨在培养读者运用基本原理解决复杂化学问题的能力，是化学、物理、材料等领域学生建立坚实理论基础的理想教材。
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