具体描述
Prepared by Gary Long of Virginia Polytechnic Institute. This book reinforces the skills nec-essary to succeed in chemistry. It is keyed specifi-cally to chapters in Chemistry: The Central Science, Tenth Edition, and includes additional mathematics review, problem-solving tools and examples, and a section on writing for the laboratory.
物理化学基础：从微观粒子到宏观现象 本书旨在为物理化学领域的学习者提供一个全面、深入的教材，涵盖了从基础概念到前沿应用的关键主题。它不仅仅是知识的堆砌，更是对化学现象背后物理原理的系统性梳理与阐释。 第一部分：统计热力学与分子运动 本部分聚焦于连接微观世界与宏观热力学性质的桥梁——统计力学。我们将从最基本的分子运动理论出发，探讨气体动力学理论及其在理解气体性质中的作用。通过对玻尔兹曼分布、能级分布的深入分析，读者将掌握如何利用统计方法计算宏观可观测量，如内能、熵和自由能。我们将详细讨论玻尔兹曼熵公式的物理意义，并将其应用于理想气体、玻尔兹曼气体等模型的分析中。此外，对配分函数（Partition Function）的精细讲解，将揭示其作为统计热力学核心工具的强大能力，如何统一描述不同体系的性质。 第二部分：化学热力学 本章深入探讨能量、做功、热量以及化学反应方向性的定量描述。内容涵盖了热力学第一定律——能量守恒定律的严谨表述，以及焓（Enthalpy）的概念及其在化学过程中的应用。重点将放在热力学第二、第三定律的阐释上，特别是熵（Entropy）在自发过程判断中的决定性作用。我们将详细分析吉布斯自由能（Gibbs Free Energy）和亥姆霍兹自由能（Helmholtz Free Energy）在恒温恒压、恒温恒容条件下的判据意义。此外，对相平衡的讨论将基于化学势（Chemical Potential）的概念，系统分析单组分、多组分体系的相图、拉乌尔定律、亨利定律以及非理想溶液的活度概念。 第三部分：化学动力学 化学反应的速度与机理是理解化学过程的关键。本部分致力于解析反应速率的决定因素以及描述反应进程的数学工具。我们将从速率定律、反应级数和速率常数的测定方法入手，随后进入反应机理的探讨。对一级、二级、零级反应的积分形式和微分形式求解将进行详细演示。本章特别强调了过渡态理论（Transition State Theory, TST）和碰撞理论（Collision Theory），它们提供了从分子层面理解反应活化能和速率常数的理论基础。活化能的实验测定，如阿伦尼乌斯（Arrhenius）方程的应用，将被作为重要实验技能进行讲解。对于复杂反应，如连串反应和平衡反应，我们将探讨稳态近似法（Steady-State Approximation）和平衡假设（Equilibrium Assumption）的应用。 第四部分：电化学 电化学是将化学能与电能相互转化的学科。本部分将从电化学电池的基本构成开始，系统介绍电极电势、能斯特方程（Nernst Equation）的应用，用于计算非标准条件下的电池电动势。我们将详细讨论标准态的定义及其对电化学测量的意义。对溶液中离子迁移和电导率的分析，将引入法拉第定律和离子迁移率的概念。平衡态的电化学过程通过吉布斯自由能与电池电动势的关系得以量化。非平衡态的电化学过程，如电解和极化现象，将通过 Butler-Volmer 方程进行描述，这对于理解电化学器件如电池和燃料电池的工作原理至关重要。 第五部分：量子化学基础与分子结构 本部分构建了理解化学键合和分子光谱的量子力学基础。我们将从薛定谔方程（Schrödinger Equation）的建立开始，讨论其在描述微观粒子行为中的核心地位。对氢原子薛定谔方程的精确求解，将引出量子数、原子轨道和电子排布的物理图像。随后，我们将转向分子体系，利用价键理论（VB Theory）和分子轨道理论（MO Theory）来构建化学键的模型，深入分析杂化轨道、σ键与π键的形成。特别地，对 Hückel 分子轨道理论的介绍，将为理解共轭体系的电子结构提供实用的计算工具。分子光谱部分将连接量子化学与实验，解释分子转动、振动和电子跃迁的能量要求，以及红外光谱、核磁共振谱（NMR）等技术如何反映分子结构。 第六部分：表面化学与催化 本章关注物质在界面上的现象，这是许多工业过程和生命活动的关键所在。我们将探讨吸附现象的物理化学原理，区分物理吸附和化学吸附，并利用 Langmuir 和 BET 模型的等温线来定量描述吸附量。表面张力、润湿性以及毛细现象的理论解释将是本部分的基础。在催化部分，我们将详细分析多相催化（如金属表面催化反应）和负载型催化剂的性质。反应速率与吸附物种活性的关系，以及催化剂活性位点的概念，将是理解高效催化剂设计的核心。 本书的特点在于其严谨的数学推导与丰富的化学直觉相结合。每章均配有精心设计的例题和习题，旨在帮助读者巩固理论知识，并训练其解决实际化学问题的能力。目标读者是化学、材料科学、化学工程以及相关理科专业的高年级本科生和研究生。通过对本书的学习，读者将建立起一个坚实的物理化学知识体系框架，为进一步的研究和专业实践打下坚实的基础。
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