The Physical Basis of Chemistry pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Academic Pr

作者:Warren, Warren S.

出品人:

页数:211

译者:

出版时间:2000-2

价格:$ 59.83

装帧:Pap

isbn号码:9780127358550

丛书系列:

图书标签:

• 物理化学
• 化学基础
• 物理学
• 化学史
• 科学史
• 分子物理
• 热力学
• 量子化学
• 统计力学
• 物质结构

《物质世界的本源：从量子力学到宏观现象的桥梁》 本书导言 化学，作为一门研究物质组成、结构、性质及其变化的科学，其根基深植于物理学的基本原理之中。当我们试图深入理解分子键的形成、反应活性的差异、晶体的堆积规律乃至催化剂的工作机制时，最终都必须回归到原子和亚原子尺度的物理规律之上。《物质世界的本源：从量子力学到宏观现象的桥梁》正是为了架设这座桥梁而创作的经典教材。本书旨在为化学、材料科学以及物理化学等相关专业的学生和研究人员，提供一套严谨而深入的理论框架，用以解释和预测化学现象背后的物理机制。 第一部分：微观世界的基石——量子力学与原子结构 本书的开篇聚焦于理解化学现象的终极语言：量子力学。我们深知，经典物理学在描述电子、原子核等微观粒子时已显现出不可逾越的鸿沟。因此，本书系统地引入了量子力学的基本概念，从薛定谔方程的建立和求解入手，探讨了氢原子和类氢离子的能级结构。 第一章：波函数与算符：量子力学的数学描述 本章详细阐述了波函数的物理意义——概率幅，以及如何利用狄拉克符号（Bra-Ket Notation）进行简洁的数学表达。我们深入讨论了线性算符（如动量算符、哈密顿算符）的性质，特别是自伴随算符的完备性，为后续的量子力学计算奠定坚实的基础。 第二章：一维势场问题与角动量 为简化理解，我们从最基础的一维无限深势阱、有限深势阱和势垒穿透问题入手，展示了量子化能级的必然性。随后，重点转向三维体系，特别是球对称势场中的薛定谔方程。我们详细推导了角动量算符的对易关系，并引入球面谐函数，这是理解原子轨道形状的关键。 第三章：多电子原子结构与泡利不相容原理 当电子数量增加时，问题的复杂性呈指数级增长。本章的核心是处理电子间的库仑斥力。通过引入平均场近似（Mean Field Approximation）和斯莱特行列式（Slater Determinant），我们构建了描述多电子原子的波函数。泡利不相容原理被置于核心地位，它直接决定了元素周期表的结构和化学的周期性规律。本章还涵盖了轨道、自旋角动量和总角动量的耦合，特别是LS耦合和JJ耦合，这些对理解原子光谱至关重要。 第二部分：分子键的本质与结构形成 物质的宏观性质源于其微观结构，而分子键正是连接原子和宏观世界的桥梁。本部分将量子化学的理论工具应用于分子体系。 第四章：分子轨道理论（MO Theory）与线性组合 本书采用分子轨道理论作为解释化学键合的主要框架。我们详细介绍了分子轨道理论的基本假设——原子轨道的线性组合（LCAO-MO），并分析了双原子分子（如H₂⁺, H₂）的键级、成键与反键轨道。本章强调了分子轨道对称性的重要性，这是预测光谱性质和反应选择性的基础。 第五章：进阶的分子轨道方法与电子结构计算 为了更精确地描述分子，我们超越了简单的LCAO-MO。哈特里-福克（Hartree-Fock, HF）方法被作为处理多电子体系的起点。本章讨论了基组的选择（如STO-nG, 高斯型函数），以及如何通过引入电子相关性（如构型相互作用CI和微扰理论MPn）来提高计算的准确性。我们将简要介绍密度泛函理论（DFT）的基本思想，作为现代计算化学的核心工具。 第六章：化学键的几何与光谱特征 分子结构不仅是键的连接，更是三维空间的排布。本章将电子结构理论与分子振动、转动联系起来。我们利用对称群论的方法，系统地分类了分子的点群，并解释了如何用群论来预测红外和拉曼光谱的活性。价层电子对互斥理论（VSEPR）被置于电子结构理论的视角下进行重新审视，强调电子密度分布对分子几何的影响。 第三部分：从分子到凝聚态——周期性与集合效应 化学现象不仅发生在单个分子中，更体现在宏观物质的集合行为中，如固体材料和溶液。本部分探讨了周期性结构中电子的行为以及能量的分布。 第七章：晶体结构与能带理论 对于固体材料，周期性是其最显著的特征。本章从布拉维点阵和密勒指数出发，系统介绍了晶体学的基本概念。随后，我们将量子力学的周期性势场问题转化为布洛赫定理（Bloch's Theorem）的应用。能带理论的建立，解释了导体、半导体和绝缘体电学性质的本质差异，这是材料科学的基石。本章还涵盖了晶格振动（声子）及其对热容和导热性的影响。 第八章：固体的电子结构与缺陷 超越完美的晶格，真实材料中总是存在缺陷。本章分析了点缺陷（如空位、间隙原子）如何影响材料的光学和电学性质。对于半导体，我们深入讨论了掺杂的物理机制，费米能级（Fermi Level）在不同材料中的移动规律，以及PN结的形成。此外，我们还探讨了磁性的起源，从居里-外斯定律到铁磁性的交换作用。 第九章：表面化学与界面现象 化学反应和物质的许多重要应用都发生在界面。本章将前面介绍的电子结构理论扩展到表面系统。我们讨论了表面吸附的物理化学过程，包括Langmuir吸附模型到更现代的反应机理探讨。通过考察表面电子态和功函数，读者将理解催化剂和电化学体系中电荷转移的微观图像。 总结与展望 《物质世界的本源：从量子力学到宏观现象的桥梁》通过严谨的物理学推导，揭示了化学世界的内在逻辑。本书并非止步于描述，更重要的是提供工具，让读者能够运用量子力学、统计力学（贯穿于能量分布的讨论中）和群论的知识，去定量地理解和设计新的化学体系。掌握这些基本原理，是迈向更复杂化学前沿，如复杂生物分子模拟、先进功能材料设计以及高效能源转换技术开发的关键一步。本书致力于培养读者从微观原理出发，解决宏观化学问题的能力。

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