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出版者:

作者:Gray, Harry B.

出品人:

页数:232

译者:

出版时间:1996-5

价格:$ 38.42

装帧:

isbn号码:9780935702354

丛书系列:

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• 化学键
• 化学
• 物理化学
• 分子结构
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• 共价键
• 离子键
• 金属键

《地球的秘密构造：岩石、矿物与地质变迁史》 本书并非探讨化学键的形成与性质，而是深入揭示我们赖以生存的星球——地球，那宏大而又精微的物质构造与历史演化。 第一章：行星的诞生与内部的熔融 本书伊始，我们将穿越时空隧道，回到约46亿年前，探究太阳星云如何坍缩，凝聚成原始地球。不同于原子层面的结合研究，我们聚焦于行星尺度的物质分异。早期地球经历了剧烈的熔融阶段，这不仅是物理状态的转变，更是物质化学成分基于密度的宏观重排过程。 我们详细阐述了铁镍等重元素如何沉降至地心，形成我们今天所知的地核。这一过程，即所谓的“核心形成”，是地球磁场诞生的前提，它与化学键的微观作用相比，是一个更具行星动力学意义的巨大规模事件。我们将分析早期地球的撞击热、放射性元素衰变热如何驱动这一分异，并引入早期地球模型的数学框架，用以估算不同层圈的初始化学构成。 此外，本书会详细描绘地幔的初始化学组成。它不是均一的，而是由富含硅酸盐的岩浆海所占据。我们探讨了地幔在不同压力和温度条件下的矿物相变，例如橄榄石向尖晶石结构的转变，这些宏观相变直接决定了地壳物质的来源与迁移路径。 第二章：地壳的构建：岩石学与构造板块的基石 如果说化学键决定了矿物的微观形态，那么岩石学则解释了这些矿物如何聚集，构成了我们脚下的地壳。本章将聚焦于三大类岩石——火成岩、沉积岩和变质岩的形成机制。 火成岩的演化： 我们将深入研究岩浆的结晶分异作用。玄武岩与花岗岩的形成，本质上是硅酸盐熔体在冷却过程中，不同晶体相按特定温度序列析出的结果。这其中涉及的不是单个硅酸盐分子的键合，而是大量硅氧四面体单元在高温流体中重新排列的过程。我们将分析科马提岩（Komatite）如何揭示了太古宙地幔的超高温状态，以及大陆地壳的增生机制，例如岛弧岩浆作用和大陆碰撞带的岩浆岩形成。 沉积记录与古环境： 沉积岩是地球的编年史。本书细致考察了碎屑岩（如砂岩、页岩）中颗粒的成熟度、分选度如何反映风化、搬运和沉积环境的能量级。我们分析了化学沉积岩（如石灰岩、蒸发岩）的成因，重点讨论了碳酸钙的生物成因与非生物成因沉淀，以及古海洋化学条件的变迁如何影响这些岩石的化学式（例如，不同时代铁的氧化还原状态在页岩中的体现）。 变质作用的驱动力： 变质岩的形成是压力、温度和挥发性流体共同作用的结果，是岩石记录了构造运动烙印的“化石”。我们详细介绍角闪岩相、麻粒岩相等不同变质相系的定义，分析了特定变质矿物（如石榴石、蓝晶石）的出现条件，这反映了地壳板块被俯冲到深部时所经历的热力学路径。这些讨论完全避开了对原子轨道重叠的化学分析，转而关注宏观的相图和温压轨迹。 第三章：地球的动态：板块构造与地幔对流 本书的核心论点之一是，地球是一个动态的系统，其表面的构造活动是内部热量释放的主要途径。我们不再关注分子间作用力，而是探讨驱动数百万平方公里岩石圈运动的巨大能量流。 地幔对流的机制： 我们使用流体力学模型来描述地幔的粘滞性流动，即所谓的“慢速蠕变”。本书将介绍地震学证据，如地震波在不同区域的速度异常，如何揭示了俯冲板块的滞留与地幔柱的上涌。这些尺度上的运动，是决定火山喷发、地震活动和山脉形成的根本原因。我们着重分析了热驱动对流如何导致岩石圈减薄或增厚。 俯冲带的物理化学： 俯冲带是地球上最活跃的构造单元。本书详细描述了俯冲带中水（以含水矿物形式存在）如何被带入地幔深处，从而降低了上覆地幔的熔点，引发俯冲带火山活动。这种“脱水作用”的讨论，侧重于高压下水分子在矿物晶格中的迁移，而非水分子内部的共价键结构。 第四章：矿物的晶体化学与结构：从宏观晶格到元素有序 虽然本书旨在避开对“化学键”的微观讨论，但作为地质学的基石，矿物学是不可或缺的。本章将以“晶体化学”的视角，关注元素在矿物晶格中的有序排列和替代，这是一种基于空间几何和电荷平衡的宏观结构控制，而非量子力学的键能计算。 硅酸盐矿物的结构家族： 我们将硅氧四面体（$ ext{SiO}_4$）作为基本单元，系统分类了独立结构、岛状结构（如石榴石）、链状结构（如辉石）、层状结构（如云母、粘土）和架状结构（如长石、石英）。这里的重点是氧原子如何通过不同数量的共用顶点与硅原子连接，形成稳定的、具有特定拓扑结构的骨架。例如，云母的片状结构，其稳定性来源于层间弱的离子或范德华力，这种宏观上的“弱连接”导致了其易于劈开的特性。 固溶体与扩散： 矿物中常见的元素替代现象（如橄榄石中镁铁替代）被解释为晶格空位和电荷平衡的驱动。我们用扩散率来描述离子在高温下如何在晶格中迁移，这种现象是变质反应进行的基础，其驱动力是热力学势的最小化，而不是电子轨道理论。 第五章：地球化学循环与深部物质的联系 本书最后一部分将目光投向物质在全球范围内的循环，即全球地球化学循环。这涉及碳、氮、硫等关键元素的长期迁移路径。 碳循环的岩石记录： 我们研究了大气、海洋、生物圈和岩石圈之间的碳交换。海洋沉积的碳酸盐岩（$ ext{CaCO}_3$）如何通过俯冲带返回地幔，又如何通过火山活动释放回大气，形成一个数十亿年的反馈回路。这完全是基于物质在不同储库间的质量平衡和相变。 同位素地球化学的应用： 最后，我们介绍同位素地球化学作为示踪工具的强大能力。例如，利用锶（$ ext{Sr}$）和铅（$ ext{Pb}$）的放射性衰变系列，我们可以精确测定岩石的年龄（定年），并追踪岩浆的源区——究竟是源自古老的大陆岩石圈地幔，还是新生成的大洋岩石圈。这些分析方法基于核衰变的恒定速率和元素在不同矿物中分配系数的差异，是研究地球历史的实证科学。 总结： 《地球的秘密构造》旨在为读者提供一个关于行星尺度、岩石圈动态和元素宏观迁移的综合视图。它是一部关于地球物理学、岩石学和地质年代学的深度探索之作，专注于构造、熔融、结晶和风化等宏大过程，而非构成物质的基本化学作用力。

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这本书的封面设计实在是太引人注目了，那种深邃的蓝色调，仿佛一下子就把你拉进了一个充满未知的化学世界。我原本以为这会是一本枯燥的教科书，毕竟“化学键”这个主题听起来就相当学术化，但翻开第一页我就被作者那种娓娓道来的叙事方式给吸引住了。它没有直接抛出复杂的公式和理论，而是从宏观的视角切入，讲述了物质世界如何通过这些看不见的“绳索”紧密联系在一起。书中对原子结构和电子云的描绘，简直就像一幅幅精美的艺术画作，文字的张力非常强。我特别欣赏作者在解释共价键与离子键差异时所使用的类比，那种生活化的例子，让那些抽象的概念瞬间变得鲜活起来，即便是对化学一窍不通的朋友也能大致领会其精髓。阅读过程中，我时常会停下来，去思考我们身边的一切——从一杯水到坚固的钢铁，背后都隐藏着如此精妙的相互作用力，这种顿悟感，是阅读其他专业书籍很少能给予的。

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我是一个工作了十多年的工程师，很久没有重拾理论基础了。当我拿起这本书时，最初的目的是想快速回顾一下与我专业领域相关的分子间作用力。让我惊喜的是，这本书的深度远超我的预期。它没有停留在仅仅“介绍”这些力，而是深入探讨了它们在实际工程应用中如何被利用或被克服。书中对范德华力在聚合物粘接中的作用分析，精准且具有实操指导意义，这对于一个实践工作者来说，比单纯的理论推导更有价值。这本书的行文风格非常沉稳、严谨，又不失洞察力，就像一位经验丰富的老教授在跟你进行一对一的深度交流，每句话都掷地有声，没有一丝冗余。它成功地架起了基础理论与实际应用之间的桥梁，让我重新燃起了对科学探索的热情。

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老实说，我对这本书的期待值是持保留态度的，因为市面上关于基础化学的书籍汗牛充栋，大多是千篇一律的知识堆砌。然而，这本书最大的亮点在于它对“跨越边界”的探讨。它不仅仅满足于介绍基础的化学键类型，而是将视角拓展到了材料科学、生物化学甚至更前沿的纳米技术领域。我尤其对其中关于金属键如何解释导电性和延展性那几章印象深刻。作者似乎有一种魔力，能将原本割裂的知识点串联起来，构建起一个宏大且逻辑严密的知识体系。它不是那种让你背诵定义和图表的书，它更像是一次智力探险，引导你去质疑和探索“为什么是这样”，而不是简单地接受“就是这样”。如果你希望你的化学知识不仅仅停留在高中或大学的基础层面，而是想窥见学科深处的脉络，这本书绝对是不可多得的向导。

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这本书的排版和字体选择非常考究，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳，这对于一本内容密度如此之高的专业书籍来说，是一个巨大的加分项。我注意到作者在某些关键概念的阐述上，采用了对比和反驳的论证方式，这种辩证的思路让人在学习过程中保持高度的批判性思维，而不是被动接受。例如，在讨论杂化轨道的形成时，作者并没有直接给出结论，而是先分析了未杂化轨道存在的局限性，然后再引入杂化理论作为解决方案，整个推导过程如同侦探破案一般引人入胜。唯一可能让一些读者感到挑战的是，书中涉及到一些量子力学的基本概念，对于完全没有物理基础的读者来说，可能需要额外的耐心去消化。但即便如此，作者也尽力用最直观的语言去描绘那些微观世界的运动规律，这种努力是值得称赞的。

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如果说有什么能让一本化学书变得引人入胜，那就是作者赋予知识的“人性”。这本书成功做到了这一点。它没有将化学键描绘成冰冷无情的物理现象，而是充满了动态和演化的美感。书中对化学键极性、偶极矩的讲解，不仅仅是数学上的计算，更像是对分子间“情感交流”的细腻描摹，描绘了电子如何在原子间“拉锯”，从而决定了物质的整体性质。我特别喜欢作者在每章末尾设置的“思考题集锦”，这些问题往往不是简单的知识点回顾，而是需要综合运用多章节知识才能解答的开放性难题，极大地激发了读者的主动探索欲。这本书的价值在于，它不仅教会了你“是什么”，更重要的是，它塑造了一种看待世界的化学视角，一种由内而外观察物质本质的深刻洞察力。

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清楚明白易读——本身讲得应该是挺难的内容（上课听起来挺费劲的……），但是读的时候完全不觉得难，思路很清晰，还没废话。

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