內容簡介
隨著高等學校教育改革的發展,物理化學課程的內容和形式也逐漸發生改變。
《物理化學》采用瞭大量的立體圖形,有助於形象、直觀地理解物理化學的相關概念和原理。在內容上,省略瞭一些與大學前置課程交叉的內容,如氣體部分;增加瞭一些科學發展的新內容,如在電化學、動力學及錶麵和膠體部分都增加瞭具有應用前景的實例。全書的內容包括:熱力學第1定律,熱力學第2定律,多組分係統熱力學及其在溶液中的應用,化學平衡,相平衡,統計熱力學基礎,電化學,錶麵和膠體化學,化學動力學基礎,分子反應動力學。
《物理化學》可作為綜閤性大學,高等師範院校化學類專業物理化學課程的教材,也可作為醫學、生物及環境等相關專業的物理化學的教材,還可作為其他相關專業學生學習物理化學時的參考書。
內頁插圖
目錄
第1章 熱力學第一定律
1.1 基本概念
1.2 能量守恒——熱力學第一定律
1.3 體積功的計算方法
1.4 焓
1.5 熱容
1.6 熱力學第一定律對理想氣體的應用
1.7 熱力學第一定律對實際氣體的應用——焦耳一湯姆遜效應(節流膨脹)
1.8 熱化學
1.9 蓋斯定律
1.10 生成焓及燃燒焓
1.11 反應焓與溫度的關係——基爾霍夫方程
思考題
習題
第2章 熱力學第二定律
2.1 自發過程的共同特點
2.2 熱力學第二定律的經典錶述
2.3 卡諾循環與卡諾定理
2.4 熵的概念
2.5 熵變的計算及應用
2.6 熱力學第三定律及規定熵
2.7 亥姆霍茲函數和吉布斯函數
2.8 熱力學函數的一些重要關係式
2.9 G的求算
思考題
習題
第3章 多組分係統熱力學及其在溶液中的應用
3.1 偏摩爾量
3.2 化學勢
3.3 氣體物質的化學勢
3.4 稀溶液中的兩個經驗定律
3.5 理想液態混閤物中物質的化學勢
3.6 理想稀溶液中物質的化學勢
3.7 不揮發性溶質稀溶液的依數性
3.8 非理想液態混閤物中物質的化學勢
思考題
習題
第4章 化學平衡
4.1 化學反應的方嚮和限度
4.2 反應的標準吉布斯函數變化量
4.3 平衡常數的各種錶示法
4.4 平衡常數的實驗測定
4.5 有關平衡的計算
4.6 影響化學平衡的因素
4.7 同時平衡和反應耦閤
思考題
習題
第5章 相平衡
5.1 基本概念
5.2 相律
5.3 單組分係統的相圖
5.4 二組分係統的相圖及其應用
5.5 三組分係統的相圖及其應用
5.6 二級相變
思考題
習題
第6章 統計熱力學基礎
6.1 統計熱力學概論
6.2 玻耳茲曼分布定律
6.3 係集的熱力學性質
6.4 粒子配分函數的計算
6.5 晶體的摩爾熱容問題
6.6 理想氣體反應的化學平衡
6.7 化學反應速率的統計理論簡介
6.8 量子統計與經典統計的關係
思考題
習題
第7章 電化學
7.1 電解質溶液
7.2 可逆電池
7.3 可逆電池熱力學
7.4 電極電勢和電池電動勢
7.5 電極電勢及電池電動勢的應用
7.6 不可逆電極過程
7.7 化學電源
思考題
習題
第8章 錶麵和膠體化學
8.1 錶麵吉布斯函數和錶麵張力
8.2 純液體的彎麯錶麵下的附加壓力與蒸氣壓
8.3 液一固界麵現象
8.4 溶液錶麵的吸附及其規律
8.5 錶麵活性劑及其應用
8.6 固體錶麵的吸附
8.7 膠體的基本特徵
8.8 膠體的製備與淨化
8.9 膠體的動力性質
8.10 膠體的光學性質
8.11 膠體的電學性質
8.12 膠體的穩定性和聚沉作用
思考題
習題
第9章 化學動力學基魂
9.1 化學反應速率
9.2 簡單級數反應的速率公式
9.3 反應級數的測定
9.4 幾種典型復雜反應
9.5 溫度對反應速率的影響
9.6 鏈反應
9.7 探索反應曆程的經典方法
思考題
習題
第10章 分子反應動力學
10.1 雙分子反應的簡單碰撞理論
10.2 過渡態理論
10.3 單分子反應理論
10.4 催化反應動力學
10.5 光化學反應
10.6 化學反應動力學研究現狀簡介
思考題
習題
主要參考書目
附錄
附錄1 國際單位製
附錄2 基本常數
附錄3 元素的相對原子質量(1997)
附錄4 常用的數學公式
附錄5 一些有機化閤物的標準摩爾燃燒焓
附錄6 一些物質的熱力學數據錶值
附錄7 一些物質的自由能函數
前言/序言
物理化學是化學科學中的一門重要學科,是從研究化學現象和物理現象之間的相互聯係入手,找齣化學運動中最具普遍性的基本規律的一門學科。物理化學是化學及相關專業本科生的重要理論基礎課程。通過物理化學課程的學習,掌握解決科學研究及實際應用過程中提齣的化學理論問題的方法。
教材具有廣泛及深刻的意義:既是課程教學內容的知識載體,又是組織教學的基本工具,還是教學改革成果和教學經驗的總結。為瞭適應高等學校化學學科的教育改革,培養適應新世紀要求的高素質人纔,北京師範大學化學學院從事物理化學教學工作的教師總結多年的教學經驗,結閤新興的科研方法與理論,主編瞭這本《物理化學》教材,參加編寫的還有成陽師範學院及遼寜醫學院有經驗的任課教師。
編寫本教材的齣發點是順應現行的高等學校的教學體製的改革。在新知識、新技術迅速發展的同時,減少教學課時。本教材力求做到思想性、科學性、啓發性和適應性有機結閤。考慮到高等學校的課程安排,將一些前蠱課程的內容削減(例如,大學物理課程中已經學過的氣體部分將不再詳細講解)。盡量做到突齣基礎,拓寬知識麵,做到內容充實先進,把本學科最新進展引入教材。本教材的最突齣的特點是引入瞭立體示意圖,以加強學習者對物理化學的基本概念和基本過程更直觀的理解。希望經過本課程的學習,培養學生對理論及實際應用研究的興趣。
隨後我們將配套編製相應的多媒體教學課件及習題課內容。這些都是我們多年教學工作的積纍,以提高學習《物理化學》課程的興趣,強化學習效果,進而更好地掌握學習內容。
在本教材編寫過程中,戚慧心教授給予瞭大力支持。從內容的確定到定稿,都傾注瞭戚慧心教授的關心和支持。北京師範大學齣版社的王鬆浦老師、吳祖義編輯在教材組稿期間給予瞭大力支持,範林編輯做瞭全麵、認真細緻的編輯工作,在此錶示衷心的感謝!
編者雖然都是長期主講《物理化學》課程的教師,具有豐富的教學經驗,但是,畢竟編寫教材的經驗還欠缺,以及編者本身的水平所限,本書一定存在紕漏,還不可避免會齣現一些錯誤,我們誠懇地期望讀者予以批評、指正。
探索宇宙的奧秘:一部跨越時空的宏大敘事 圖書名稱:《星辰低語與文明迴響》 圖書簡介: 《星辰低語與文明迴響》並非一部聚焦於微觀粒子、分子結構或熱力學平衡的教科書。它是一部關於宏大尺度、時間跨度與智能演化的史詩性著作。本書以一種近乎浪漫主義的筆觸,帶領讀者從宇宙誕生之初的奇點,穿越數十億年的星係形成與恒星生命周期,最終聚焦於生命如何在宇宙的特定角落萌芽、發展,並最終構建起復雜而脆弱的文明。 本書的核心敘事圍繞著“信息熵減與復雜性湧現”展開,但其視角完全脫離瞭實驗室環境,轉而將宇宙視為一個巨大的、自組織的係統。 第一部分:虛無中的序麯——宇宙的拓撲與物質的初啼 在本書的第一部分,我們將從宇宙學和形而上學的交匯處拉開序幕。我們不探討原子間的化學鍵,而是審視引力如何在時空結構中刻下第一個漣漪。 章節概述: 1. 奇點之外的思考: 探討宇宙大爆炸理論的邊界條件,關注早期宇宙中對稱性的破缺,如何孕育齣誇剋、輕子等基本構件。這裏的重點是結構形成的初始條件,而非粒子的具體相互作用能級。 2. 暗物質的幽靈與星係的搖籃: 描述冷暗物質如何通過引力塑形,構建齣宇宙的“骨架”(宇宙網)。我們將追隨物質的微小漲落,觀察這些漲落如何放大,最終坍縮形成第一代恒星——那些宇宙中第一批點燃的巨型熔爐。 3. 元素的煉金術: 這一章聚焦於恒星的內部演化,但其目的並非解釋核反應的速率常數,而是探討重元素如何在超新星爆發中被播撒。這些“星塵”,即碳、氧、矽、鐵等,是構建未來行星乃至生命體的基礎“積木”,我們關注的是它們被釋放到星際介質中的空間分布與時間序列。 第二部分:行星的誕生與生命的搖擺——宜居帶的偶然性 本書的第二部分將目光投嚮廣袤的星際空間,聚焦於恒星周圍的塵埃盤如何凝聚成行星係統,以及生命如何在特定的軌道上獲得一綫生機。 章節概述: 1. 原行星盤的湍流與分化: 詳細描繪瞭氣體與塵埃在引力作用下形成的動態係統。我們分析瞭潮汐鎖定、巨行星的軌道遷移等現象對年輕行星的塑造作用,解釋瞭為什麼有些行星成為氣態巨獸,而另一些則可能成為富含矽酸鹽的岩石世界。 2. “液態水”的地理學: 這一章探討瞭行星的錶麵環境,特彆是液態水存在的可能性。這涉及到對行星磁場、大氣逃逸速率和軌道離心率的綜閤考量。我們不計算水分子如何通過氫鍵聚集,而是評估一個星球維持液態水的“時間窗口”。 3. 生命起源的生態學前奏: 這一部分深入探討瞭在原始海洋或深海熱泉中,非生命物質嚮自我復製結構轉變的驅動力。這是一種復雜係統的自發湧現,關注的是環境壓力(如紫外綫、火山活動、潮汐能)如何“偏愛”那些能夠存儲和復製信息的分子集閤,而非其內部的化學機理。 第三部分:智慧的攀升與文明的足跡 本書的高潮部分轉嚮瞭智能生物的演化及其創造的文明。這裏,關注的焦點是認知能力與信息處理的效率,而非生物體內的新陳代謝路徑。 章節概述: 1. 感官係統的進化軍備競賽: 探討生物如何從簡單的光敏點發展齣復雜的視覺、聽覺係統,以及這種信息接收能力的提升如何驅動瞭早期工具的使用和社群的組織化。這是一種基於生存博弈的反饋循環。 2. 符號、語言與抽象思維的突破: 這是本書中最具哲學色彩的部分。我們分析瞭語言的齣現如何使知識的積纍實現瞭非綫性的加速。抽象概念(如時間、數字、道德)的誕生,標誌著一個物種開始能夠模擬未來並反思過去,這是從動物行為學嚮文明史邁進的關鍵一步。 3. 文明的熵增挑戰與信息冗餘: 隨著技術的發展,文明開始麵臨自身復雜性帶來的挑戰。我們審視瞭古代帝國如何因信息傳遞滯後和資源調配效率低下而衰落,以及現代社會如何通過新的媒介(文字、印刷術、電子網絡)來應對這種熵增壓力,試圖將自身的知識和結構以更低的成本在時空中保持穩定。 第四部分:文明的迴響與宇宙的終局 最後一章將視角拉迴到宇宙尺度,審視一個文明在星係尺度上可能留下的痕跡,以及宇宙最終的命運。 章節概述: 1. 費米悖論的重新審視: 我們不再僅僅討論“他們在哪裏”,而是探討“他們為何沉默”。是技術奇點導緻的自我毀滅,是資源枯竭的必然結果,還是因為先進文明的交流方式已經超越瞭我們當前感官和物理定律所能捕捉的範疇? 2. 戴森球與技術遺跡的搜尋: 從理論天體物理學的角度,分析高等文明可能為獲取能量而在恒星周圍構建的巨型結構。我們關注的是這些結構對恒星光譜的微小擾動,這是一種尋找“技術熵減”在宇宙中留下的痕跡的方法。 3. 時間盡頭的低語: 以宏大的宇宙熱寂理論收尾。當所有的恒星燃盡,黑洞蒸發,信息被徹底稀釋到最低密度時,我們試圖描繪齣宇宙最後的、近乎絕對的靜默。這個結局是對所有復雜性、所有文明活動最終歸於無序的深刻反思。 總結: 《星辰低語與文明迴響》是一部關於尺度、時間與復雜性的跨學科探索。它通過對宇宙結構的宏觀理解、對行星形成環境的概率分析,以及對智能湧現的符號學觀察,構建瞭一個完整的敘事框架,旨在激發讀者對自身在浩瀚時空中的定位的深層思考。本書的論證過程嚴謹,但其錶達方式富有文學張力,旨在吸引那些對宇宙曆史、生命哲學以及文明的終極命運感興趣的廣大人群。