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出版者:

作者:姚子鹏

出品人:

页数:102

译者:

出版时间:2006-8

价格:8.50元

装帧:

isbn号码:9787532385669

丛书系列:

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探寻化学世界的奥秘：一部聚焦基础与前沿的化学读本 书名： 《元素之歌：从微观结构到宏观应用的新视野》 内容概要： 本书旨在为广大化学学习者和爱好者提供一个全面、深入且富有启发性的化学知识体系。我们摒弃了传统教材的刻板说教模式，转而采用一种叙事性的、问题驱动的学习路径，带领读者穿越化学的宏大叙事，领略物质世界变幻无穷的魅力。全书结构严谨，内容覆盖现代化学的核心概念，并巧妙地将基础理论与尖端科技前沿相结合，旨在培养读者独立思考和解决复杂化学问题的能力。 第一部分：物质的基石——原子、分子与周期律的重塑 本部分深入剖析了化学的“字母表”：原子结构。我们不再止步于简单的电子排布图，而是借助量子力学的最新进展，详尽阐述了原子轨道、电子云密度及波函数在理解化学键形成中的核心作用。 原子结构与电子态： 详细探讨了玻尔模型到薛定谔方程的演变历程，重点讲解了量子数（主量子数、角量子数、磁量子数、自旋量子数）的物理意义及其对元素性质的决定性影响。特别设置了“悖论与突破”章节，剖析了早期原子模型遭遇的实验难题，以及如何通过量子化概念成功解释光谱现象。 化学键的精微世界： 不仅涵盖了离子键、共价键和金属键的基础知识，更着重分析了现代化学键理论，如分子轨道理论（MO理论）在解释复杂分子（如双原子分子、过渡金属配合物）键合特性上的优越性。我们详细对比了价键理论（VB理论）与分子轨道理论在处理电子离域和激发态问题上的差异。立体化学部分，深入讨论了手性、对映异构体、非对映异构体及其在生命科学中的重要性。 周期律的动态本质： 周期表被视为化学的“地图”。本书强调周期律并非僵死的规则，而是电子结构在不同能量层级上周期性重复的结果。通过分析元素电负性、电离能、电子亲和能的周期性变化趋势，读者能够预测和解释元素在自然界中和合成过程中的行为模式。对稀有气体和镧系、锕系元素的特性也进行了专题分析。 第二部分：化学反应的引擎——能量、速率与平衡 本部分关注化学变化的驱动力与约束条件，这是理解化学动态过程的关键所在。 热力学的宏观视角： 从能量守恒的角度出发，系统阐述了热力学第一、第二、第三定律。本书重点突出吉布斯自由能（$Delta G$）在判断反应自发性中的核心地位，并结合实例（如电池工作原理、生物体内ATP水解）展示热力学在实际工程和生命活动中的应用。 反应速率的分子基础： 反应速率的解释从经验定律过渡到更具机制深度的活化理论。详细介绍碰撞理论、过渡态理论（包括势能面概念），并深入探讨了影响反应速率的关键因素：温度（阿伦尼乌斯方程）、浓度、催化剂（均相与多相催化）的作用机理。关于酶催化的章节，侧重于酶活性中心的结构与功能，以及如何通过动力学参数（如 $K_m$ 和 $V_{max}$）来量化酶的催化效率。 化学平衡的辩证统一： 平衡是宏观稳定与微观动态的完美结合。本书透彻解析了质量作用定律和勒夏特列原理，并将其扩展到更复杂的体系，如溶液中的酸碱平衡、沉淀平衡和氧化还原平衡。对多级平衡和离子强度对平衡常数影响的讨论，提供了处理复杂混合体系的工具。 第三部分：水的世界与溶液的奥秘 水是生命的溶剂，理解水和溶液的行为至关重要。 水的结构与性质： 深入探究了水分子独特的高极性、氢键网络及其对宏观性质（如高比热容、表面张力）的巨大影响。本章还涉及水作为弱电解质的行为以及pH值的精确计算方法。 溶液化学的深度解析： 涵盖了溶解度、依数性（如渗透压、沸点升高、凝固点降低）的理论基础。重点强调了酸碱电离理论的扩展，从奥斯特瓦尔德稀释定律到布朗斯特德-洛瑞和路易斯酸碱理论的完善。对缓冲溶液的构建和滴定曲线的详细分析，为定量分析打下坚实基础。电化学部分，则着重于电解池和原电池的能斯特方程应用，连接了化学能与电能的转化。 第四部分：有机化学的骨架与功能团 本部分为读者构建了通往复杂有机分子世界的桥梁，强调结构、反应性和立体化学之间的内在联系。 有机分子的构建模块： 从碳原子的杂化轨道特性出发，系统介绍烷烃、烯烃、炔烃的基础反应（取代、加成、消除）。对立体异构现象的讨论更为细致，尤其关注构象分析在预测反应路径中的作用。 官能团的反应性巡礼： 对含氧官能团（醇、醛、酮、羧酸）、含氮官能团（胺、酰胺）以及芳香族化合物的亲电取代反应进行了系统的分类和机制阐述。重点突出了羰基化合物的亲核加成反应系列，并讨论了如何利用烯醇化物的反应进行碳-碳键的构建。 合成策略与反应设计： 本章超越了单纯的反应罗列，引入了逆合成分析（Retrosynthesis）的思想，指导读者如何像化学家一样思考，设计多步合成路线，以高效、高选择性地制备目标分子。 第五部分：化学与现代前沿技术 本部分将化学知识与当今科学热点紧密相连，展示化学的活力与广阔前景。 材料科学的化学视角： 探讨了聚合物的结构与性能关系，从链结构到交联度的影响。深入分析了半导体材料（如硅、砷化镓）的能带理论，解释了其导电机制，为理解现代电子学奠定化学基础。对纳米材料，特别是量子点的光学特性，进行了量子限制效应的剖析。 生物化学的化学基础： 简要介绍了生命大分子——蛋白质、核酸和碳水化合物的化学结构，并阐释了酶促反应的动力学特性。着重强调了化学在药物设计和靶向治疗中的作用，例如药物分子与受体的分子识别机制。 绿色化学与可持续发展： 探讨了原子经济性、环境友好溶剂的应用，以及催化剂设计在减少废物产生中的核心地位。本书鼓励读者以化学家的责任感，思考如何通过分子层面的优化，实现更可持续的化学过程。 总结： 《元素之歌：从微观结构到宏观应用的新视野》是一部面向未来、注重原理的化学著作。它要求读者投入精力去理解事物背后的为什么，而非仅仅记住是什么。全书的结构设计旨在搭建起从基本粒子到复杂系统的完整知识链条，是渴望深入探索化学本质、追求科学思维严谨性的学习者的理想伴侣。

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