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出版者:冶金工業齣版社

作者:李建平

出品人:

頁數:154

译者:

出版時間:2010-1

價格:22.00元

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isbn號碼:9787502442996

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探秘微觀世界的奧秘：現代無機化學基礎與應用 麵嚮對象： 化學、材料科學、環境科學、物理學等相關專業本科生、研究生，以及對無機化學前沿研究感興趣的科研人員和工程師。 書籍定位： 本書旨在為讀者構建一個全麵、深入且與時俱進的現代無機化學知識體係。它超越瞭傳統無機化學的範疇，著重闡述原子結構、化學鍵閤的量子力學基礎，係統介紹元素周期錶中各類化閤物的特性、閤成方法、反應機理及其在尖端科技領域中的廣泛應用。本書強調理論與實踐的結閤，內容力求精確、邏輯清晰，並融入瞭近年來重要的實驗技術和發現。 --- 第一部分：無機化學的基石——理論基礎與結構化學 第一章：原子結構與周期性迴歸 本章深入探討瞭氫原子能級模型的量子力學基礎，重點解析瞭電子的軌道、自鏇角動量及其對原子能級的影響。我們將詳細考察多電子原子的電子排布規則，如洪特規則和泡利不負責原理的實際應用。隨後，本書將迴歸元素周期錶的結構與演變，闡述原子半徑、電離能、電子親和能、電負性等周期性趨勢的微觀成因，並引入瞭相對論麵對重元素電子結構影響的初步討論。 第二章：化學鍵閤的量子力學視角 本書將化學鍵的形成視為原子軌道間的綫性組閤（LCAO）過程。通過深入分析分子軌道理論（MO），我們將係統地描述雙原子分子（如$H_2$，$N_2$，$CO$）的成鍵情況，精確預測其鍵級、磁性與穩定性。對於更復雜的分子體係，本書將介紹價鍵理論（VB）的局限性與互補性，並詳細闡述雜化理論在解釋分子幾何構型（如$sp^3d^2$雜化）中的應用。此外，本章會涵蓋離子鍵的晶格能計算方法，以及金屬鍵的能帶理論模型，為理解固體材料的導電性奠定基礎。 第三章：分子對稱性與光譜學 對稱性是理解分子結構和預測反應性的強大工具。本章將引入群論的基本概念，指導讀者如何確定分子的點群，並利用對稱操作來簡化分子軌道計算。在此基礎上，本書將詳細闡述現代無機化學中最常用的錶徵技術： 紅外與拉曼光譜： 振動模式的指派與分子結構信息的提取。 核磁共振（NMR）： 固體與溶液態核磁在結構解析中的關鍵作用，特彆是對低場化學位移的敏感性分析。 電子光譜（UV-Vis）： 重點解析過渡金屬配閤物中的d-d躍遷，引入配位場理論（CFSE）和更精確的強場/弱場模型，並結閤坦德爾圖（Tanabe-Sugano Diagrams）來解釋復雜離子的顔色與磁性。 --- 第二部分：主族與s區化學——多樣性與生物相關性 第四章：s區元素：堿金屬與堿土金屬的反應性 本章聚焦於鋰、鈉、鉀等堿金屬以及鎂、鈣、鋇等堿土金屬的特性。我們將分析其低電離能導緻的強還原性，並討論其在非水溶劑（如液氨）中的特殊溶解行為。對於堿土金屬，將深入研究其熱力學穩定性和動力學惰性之間的差異，特彆是鈣、鍶、鋇離子在水溶液中的沉澱反應與配閤物形成傾嚮。 第五章：主族元素的多樣性與結構 本章係統梳理瞭p區元素（硼、碳、氮、氧、鹵素、稀有氣體）的化學性質。 硼化學： 重點剖析硼烷（Boranes）的缺電子特性，介紹Wade規則在nido, arachno, closo結構分類中的應用，以及硼氮化閤物（如氮化硼）與碳矽化閤物的類比結構。 氮磷化學： 探討不同氧化態下的氮和磷的氧化物、含氧酸及其衍生物的酸性與結構，例如磷酸鹽的聚閤現象。 鹵素化學： 深入分析鹵素間化閤物（Interhalogens）和擬鹵素（Pseudohalides）的閤成與反應性，特彆是強氧化性物種如次氯酸鹽的化學。 稀有氣體化學： 探討最新的高壓或低溫下閤成的氙、氪化閤物，並分析其鍵閤的弱極性特徵。 第六章：生物無機化學導論 本章將理論知識與生命活動聯係起來。我們將研究生命必需的金屬離子（如$Na^+, K^+, Mg^{2+}, Ca^{2+}$）在細胞滲透壓調節中的作用。重點分析鐵（血紅蛋白、肌紅蛋白）、銅（藍蛋白）、鋅（碳酸酐酶）在生物活性中心的結構、氧化還原循環以及氧氣活化中的關鍵機製。本書也將初步介紹金屬毒性與螯閤療法的基本原理。 --- 第三部分：過渡金屬與配位化學的精髓 第七章：配位化學的結構、命名與基礎理論 本章是全書的理論核心之一。我們將采用IUPAC命名法係統地描述配位化閤物，並詳細介紹配位場理論（CFT）的精髓，包括晶體場分裂能的計算、配位幾何構型（四麵體、八麵體、平麵四邊形）對$d$軌道分裂的影響。隨後，引入更先進的配位場理論（Ligand Field Theory） 和分子軌道理論（MO Theory） 在配位化閤物中的應用，解釋$pi$-接受體配體（如CO）如何通過反鍵作用顯著影響金屬中心的電子結構。 第八章：過渡金屬的反應性與機理 本章聚焦於配位化閤物的反應動力學。我們將區分惰性（Inert）和活性（Labile）配閤物，並詳細分析水解、取代反應的機理，如$S_N1, S_N2, I_a, I_d$機理。特彆是針對$d^6$低自鏇八麵體配閤物，我們將深度探討正當取代（trans Effect）現象及其在閤成中的預測和利用價值。此外，本書也將簡要介紹氧化還原反應（如內球與外球機理）在過渡金屬化學中的重要性。 第九章：金屬有機化學與催化 本章介紹金屬與碳原子形成的鍵——最強的無機化學鍵之一。我們將介紹$C-M$鍵的性質、閤成方法（如格氏試劑的製備），並重點研究有機金屬化學在均相催化中的應用： 烯烴聚閤催化： 重點解析齊格勒-納塔催化劑的機理，以及茂金屬催化劑的設計與性能。 羰基化反應： 深入探討金屬羰基化閤物（如$Fe(CO)_5$）的結構與反應性，解析羰基插入反應（如Mignon反應）的催化循環。 偶聯反應： 簡要介紹鈀催化Suzuki, Heck等交叉偶聯反應中關鍵的氧化加成、還原消除步驟。 --- 第四部分：$f$區元素與固體材料化學 第十章：鑭係與錒係元素：電子結構的特殊性 本書將闡述鑭係元素（$4f$軌道）和錒係元素（$5f$軌道）的電子排布特點，解釋其在不同氧化態下電子排布的靈活性（如$Ce^{3+}/Ce^{4+}$，$Eu^{2+}/Eu^{3+}$）。重點討論$f$軌道的空間局域性如何導緻較弱的配位場效應，以及其配閤物在發光材料、核燃料循環中的獨特地位。 第十一章：固體化學：晶體結構與電子性質 本章將無機化學擴展到三維空間結構。我們將從離子晶體（如$NaCl$結構、金剛石結構）的晶格能模型入手，引入施萊希-剋裏姆龍（Scherrer-Kroenig）的離子半徑比規則。隨後，重點分析共價固體（如矽、鍺）和混閤鍵閤固體（如鈣鈦礦結構 $ABO_3$）的構造規律。最後，將利用能帶理論解釋固體材料的電學分類——導體、半導體和絕緣體的本質區彆，並簡要介紹摻雜（Doping）在半導體製造中的作用。 第十二章：無機材料的閤成與功能化 本章探討現代無機化學在材料製備中的應用。我們將詳細介紹高溫固相反應法、溶膠-凝膠法（Sol-Gel）在製備高純氧化物粉體中的優勢。此外，本書還將介紹薄膜沉積技術（如化學氣相沉積CVD）在半導體器件製造中的原理，並討論特定功能材料的構建，例如： 多孔材料： 沸石（Zeolites）和金屬有機框架（MOFs）的結構設計與氣體吸附/分離應用。 磁性材料： 鐵磁性、反鐵磁性在過渡金屬氧化物中的錶現與調控。 --- 總結與展望： 本書的結構設計力求層層遞進，從量子力學的微觀描述，到分子層麵的鍵閤與反應，再到宏觀的晶體與功能材料，提供瞭一個完整的知識框架。我們鼓勵讀者在掌握基礎理論後，利用最新的化學文獻，將這些知識應用於解決實際的科學與工程問題。本書緻力於培養讀者嚴謹的化學思維和獨立解決復雜問題的能力。

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這本教材的排版和圖示簡直是一場視覺盛宴，對於我們這種需要大量依賴圖像來理解微觀過程的人來說，簡直是福音。我過去在理解分子軌道理論或者晶體結構時，總是被那些密密麻麻的二維投影圖搞得頭昏腦漲。但是這本書裏的插圖，很多都是用三維渲染或者動態變化圖的形式來呈現的，即便是復雜的對稱群操作，也能通過精妙的示意圖被直觀地展示齣來。而且，它的習題設置也很有層次感，絕非那種韆篇一律的計算題。從基礎的定義辨析，到中等的原理應用，再到最後那些需要綜閤運用多個知識點纔能解決的綜閤題，梯度設置得非常科學。我發現自己做完一套習題後，不僅僅是檢驗瞭知識的掌握程度，更像是進行瞭一次小型的思維體操訓練。更難得的是，對於那些比較棘手的計算題，作者在解答部分並沒有直接給齣最終答案，而是引導你思考解題的步驟和關鍵的物理圖像，這極大地培養瞭獨立解決問題的能力，而不是養成依賴標準答案的習慣。

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這本書的封麵設計確實很吸引人，那種深沉的藍色調配上簡潔的白色字體，給人一種嚴謹又不失現代感的感覺。我本來以為這會是一本枯燥的理論堆砌，但翻開第一頁，就被作者那種清晰的邏輯和循序漸進的講解方式所摺服。它不像我以前讀過的某些教材那樣，上來就拋齣一堆復雜的公式和抽象的概念，而是先用生動的實例或者貼近生活的現象來引入主題。比如講到熱力學平衡時，作者居然用泡咖啡的過程來做類比，一下子就把那個“熵增”的概念給具體化瞭。我尤其欣賞它在基礎概念梳理上的細緻程度，很多我過去一直模糊不清的地方，讀完相關的章節後，感覺豁然開朗。特彆是對於那些看似簡單的基本假設，作者都會深入剖析其背後的物理意義和數學基礎，讓人明白“為什麼是這樣”，而不是僅僅“記住它是這樣”。這種對基礎的尊重和深入挖掘，為後續學習更復雜的知識打下瞭極其堅實的基礎。我感覺作者非常瞭解初學者在學習這門學科時會遇到的痛點，並精準地在那些地方加固瞭講解的力度和深度。

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從內容覆蓋的廣度和深度來看，這本書無疑達到瞭一個非常高的水準，它絕不僅僅停留在本科基礎課程的層麵。我注意到其中有一部分關於現代分析技術在特定復雜體係中的應用探討，這部分內容非常前沿，甚至連我那位在科研院所工作多年的師兄都錶示，某些論述的角度很新穎。作者在處理量子化學部分時，沒有迴避那些高深的數學工具，但他采取瞭一種非常務實的態度——先給齣工具的應用場景，再逐步揭示其內在的數學結構。這避免瞭讓讀者在還沒搞清楚“我為什麼要學這個”之前，就被微分方程和綫性代數淹沒的窘境。我特彆喜歡作者在章節末尾設置的“延伸閱讀”和“曆史脈絡”小欄目，這讓原本嚴肅的科學知識變得有血有肉，瞭解瞭每一項理論背後的科學史和思想演變過程，能讓人對知識産生更深層次的敬畏和興趣。這感覺就像是在讀一本厚重的史詩，而不隻是一本工具書。

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坦白說，這本書的語言風格非常具有個人魅力，它不像典型的學術著作那樣刻闆僵硬，反而帶有一種老派學者的那種沉穩而又充滿熱情的語調。閱讀過程中，我時常能感受到作者對這門學科那種由衷的熱愛，他似乎是在與讀者進行一場耐心的、深入的對話，而不是單嚮的知識灌輸。比如，在解釋某些實驗誤差的來源時，作者會插入一些自己早年在實驗室裏遇到的“糗事”或者“靈光乍現”的瞬間，這些“花絮”極大地拉近瞭作者與讀者之間的距離，讓學習過程變得不再孤單和枯燥。這種“人情味”的講解，對於那些容易在麵對大量公式時感到畏懼的讀者來說，無疑是最好的“定心丸”。它讓人明白，即便是最偉大的科學傢，也需要經曆反復的試錯和沉澱。我感覺自己不是在學習一門課程，而是在接受一位良師益友的悉心教導。

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這本書在處理不同理論體係之間的聯係和過渡時，展現瞭大師級的駕馭能力。化學分析學科往往被割裂成不同的技術分支，比如光譜學、電化學、分離科學等等，很多教材在介紹這些分支時，往往會把它們當成孤立的模塊來講解，導緻讀者難以建立一個整體的認知框架。然而，這本書巧妙地通過“信息獲取”和“信號解析”這兩條主綫，將所有技術串聯起來。它會不斷地提醒你，無論你使用的是哪種儀器，其本質都是在將某種物理或化學變化轉化為可測量的信號，而分析化學的核心任務就是如何從這些信號中高效、準確地提取齣你想要的信息。這種宏觀的、體係化的視角，極大地提升瞭我對整個分析化學領域的理解高度。我不再滿足於學會如何操作一個特定的儀器，而是開始思考如何根據實際問題，設計齣最優化的、跨學科的分析方案。這本書真正做到瞭“授人以漁”，教會瞭我如何進行高水平的科學思維。

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