内容简介
随着高等学校教育改革的发展,物理化学课程的内容和形式也逐渐发生改变。
《物理化学》采用了大量的立体图形,有助于形象、直观地理解物理化学的相关概念和原理。在内容上,省略了一些与大学前置课程交叉的内容,如气体部分;增加了一些科学发展的新内容,如在电化学、动力学及表面和胶体部分都增加了具有应用前景的实例。全书的内容包括:热力学第1定律,热力学第2定律,多组分系统热力学及其在溶液中的应用,化学平衡,相平衡,统计热力学基础,电化学,表面和胶体化学,化学动力学基础,分子反应动力学。
《物理化学》可作为综合性大学,高等师范院校化学类专业物理化学课程的教材,也可作为医学、生物及环境等相关专业的物理化学的教材,还可作为其他相关专业学生学习物理化学时的参考书。
内页插图
目录
第1章 热力学第一定律
1.1 基本概念
1.2 能量守恒——热力学第一定律
1.3 体积功的计算方法
1.4 焓
1.5 热容
1.6 热力学第一定律对理想气体的应用
1.7 热力学第一定律对实际气体的应用——焦耳一汤姆逊效应(节流膨胀)
1.8 热化学
1.9 盖斯定律
1.10 生成焓及燃烧焓
1.11 反应焓与温度的关系——基尔霍夫方程
思考题
习题
第2章 热力学第二定律
2.1 自发过程的共同特点
2.2 热力学第二定律的经典表述
2.3 卡诺循环与卡诺定理
2.4 熵的概念
2.5 熵变的计算及应用
2.6 热力学第三定律及规定熵
2.7 亥姆霍兹函数和吉布斯函数
2.8 热力学函数的一些重要关系式
2.9 G的求算
思考题
习题
第3章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用
3.1 偏摩尔量
3.2 化学势
3.3 气体物质的化学势
3.4 稀溶液中的两个经验定律
3.5 理想液态混合物中物质的化学势
3.6 理想稀溶液中物质的化学势
3.7 不挥发性溶质稀溶液的依数性
3.8 非理想液态混合物中物质的化学势
思考题
习题
第4章 化学平衡
4.1 化学反应的方向和限度
4.2 反应的标准吉布斯函数变化量
4.3 平衡常数的各种表示法
4.4 平衡常数的实验测定
4.5 有关平衡的计算
4.6 影响化学平衡的因素
4.7 同时平衡和反应耦合
思考题
习题
第5章 相平衡
5.1 基本概念
5.2 相律
5.3 单组分系统的相图
5.4 二组分系统的相图及其应用
5.5 三组分系统的相图及其应用
5.6 二级相变
思考题
习题
第6章 统计热力学基础
6.1 统计热力学概论
6.2 玻耳兹曼分布定律
6.3 系集的热力学性质
6.4 粒子配分函数的计算
6.5 晶体的摩尔热容问题
6.6 理想气体反应的化学平衡
6.7 化学反应速率的统计理论简介
6.8 量子统计与经典统计的关系
思考题
习题
第7章 电化学
7.1 电解质溶液
7.2 可逆电池
7.3 可逆电池热力学
7.4 电极电势和电池电动势
7.5 电极电势及电池电动势的应用
7.6 不可逆电极过程
7.7 化学电源
思考题
习题
第8章 表面和胶体化学
8.1 表面吉布斯函数和表面张力
8.2 纯液体的弯曲表面下的附加压力与蒸气压
8.3 液一固界面现象
8.4 溶液表面的吸附及其规律
8.5 表面活性剂及其应用
8.6 固体表面的吸附
8.7 胶体的基本特征
8.8 胶体的制备与净化
8.9 胶体的动力性质
8.10 胶体的光学性质
8.11 胶体的电学性质
8.12 胶体的稳定性和聚沉作用
思考题
习题
第9章 化学动力学基魂
9.1 化学反应速率
9.2 简单级数反应的速率公式
9.3 反应级数的测定
9.4 几种典型复杂反应
9.5 温度对反应速率的影响
9.6 链反应
9.7 探索反应历程的经典方法
思考题
习题
第10章 分子反应动力学
10.1 双分子反应的简单碰撞理论
10.2 过渡态理论
10.3 单分子反应理论
10.4 催化反应动力学
10.5 光化学反应
10.6 化学反应动力学研究现状简介
思考题
习题
主要参考书目
附录
附录1 国际单位制
附录2 基本常数
附录3 元素的相对原子质量(1997)
附录4 常用的数学公式
附录5 一些有机化合物的标准摩尔燃烧焓
附录6 一些物质的热力学数据表值
附录7 一些物质的自由能函数
前言/序言
物理化学是化学科学中的一门重要学科,是从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手,找出化学运动中最具普遍性的基本规律的一门学科。物理化学是化学及相关专业本科生的重要理论基础课程。通过物理化学课程的学习,掌握解决科学研究及实际应用过程中提出的化学理论问题的方法。
教材具有广泛及深刻的意义:既是课程教学内容的知识载体,又是组织教学的基本工具,还是教学改革成果和教学经验的总结。为了适应高等学校化学学科的教育改革,培养适应新世纪要求的高素质人才,北京师范大学化学学院从事物理化学教学工作的教师总结多年的教学经验,结合新兴的科研方法与理论,主编了这本《物理化学》教材,参加编写的还有成阳师范学院及辽宁医学院有经验的任课教师。
编写本教材的出发点是顺应现行的高等学校的教学体制的改革。在新知识、新技术迅速发展的同时,减少教学课时。本教材力求做到思想性、科学性、启发性和适应性有机结合。考虑到高等学校的课程安排,将一些前蛊课程的内容削减(例如,大学物理课程中已经学过的气体部分将不再详细讲解)。尽量做到突出基础,拓宽知识面,做到内容充实先进,把本学科最新进展引入教材。本教材的最突出的特点是引入了立体示意图,以加强学习者对物理化学的基本概念和基本过程更直观的理解。希望经过本课程的学习,培养学生对理论及实际应用研究的兴趣。
随后我们将配套编制相应的多媒体教学课件及习题课内容。这些都是我们多年教学工作的积累,以提高学习《物理化学》课程的兴趣,强化学习效果,进而更好地掌握学习内容。
在本教材编写过程中,戚慧心教授给予了大力支持。从内容的确定到定稿,都倾注了戚慧心教授的关心和支持。北京师范大学出版社的王松浦老师、吴祖义编辑在教材组稿期间给予了大力支持,范林编辑做了全面、认真细致的编辑工作,在此表示衷心的感谢!
编者虽然都是长期主讲《物理化学》课程的教师,具有丰富的教学经验,但是,毕竟编写教材的经验还欠缺,以及编者本身的水平所限,本书一定存在纰漏,还不可避免会出现一些错误,我们诚恳地期望读者予以批评、指正。
探索宇宙的奥秘:一部跨越时空的宏大叙事 图书名称:《星辰低语与文明回响》 图书简介: 《星辰低语与文明回响》并非一部聚焦于微观粒子、分子结构或热力学平衡的教科书。它是一部关于宏大尺度、时间跨度与智能演化的史诗性著作。本书以一种近乎浪漫主义的笔触,带领读者从宇宙诞生之初的奇点,穿越数十亿年的星系形成与恒星生命周期,最终聚焦于生命如何在宇宙的特定角落萌芽、发展,并最终构建起复杂而脆弱的文明。 本书的核心叙事围绕着“信息熵减与复杂性涌现”展开,但其视角完全脱离了实验室环境,转而将宇宙视为一个巨大的、自组织的系统。 第一部分:虚无中的序曲——宇宙的拓扑与物质的初啼 在本书的第一部分,我们将从宇宙学和形而上学的交汇处拉开序幕。我们不探讨原子间的化学键,而是审视引力如何在时空结构中刻下第一个涟漪。 章节概述: 1. 奇点之外的思考: 探讨宇宙大爆炸理论的边界条件,关注早期宇宙中对称性的破缺,如何孕育出夸克、轻子等基本构件。这里的重点是结构形成的初始条件,而非粒子的具体相互作用能级。 2. 暗物质的幽灵与星系的摇篮: 描述冷暗物质如何通过引力塑形,构建出宇宙的“骨架”(宇宙网)。我们将追随物质的微小涨落,观察这些涨落如何放大,最终坍缩形成第一代恒星——那些宇宙中第一批点燃的巨型熔炉。 3. 元素的炼金术: 这一章聚焦于恒星的内部演化,但其目的并非解释核反应的速率常数,而是探讨重元素如何在超新星爆发中被播撒。这些“星尘”,即碳、氧、硅、铁等,是构建未来行星乃至生命体的基础“积木”,我们关注的是它们被释放到星际介质中的空间分布与时间序列。 第二部分:行星的诞生与生命的摇摆——宜居带的偶然性 本书的第二部分将目光投向广袤的星际空间,聚焦于恒星周围的尘埃盘如何凝聚成行星系统,以及生命如何在特定的轨道上获得一线生机。 章节概述: 1. 原行星盘的湍流与分化: 详细描绘了气体与尘埃在引力作用下形成的动态系统。我们分析了潮汐锁定、巨行星的轨道迁移等现象对年轻行星的塑造作用,解释了为什么有些行星成为气态巨兽,而另一些则可能成为富含硅酸盐的岩石世界。 2. “液态水”的地理学: 这一章探讨了行星的表面环境,特别是液态水存在的可能性。这涉及到对行星磁场、大气逃逸速率和轨道离心率的综合考量。我们不计算水分子如何通过氢键聚集,而是评估一个星球维持液态水的“时间窗口”。 3. 生命起源的生态学前奏: 这一部分深入探讨了在原始海洋或深海热泉中,非生命物质向自我复制结构转变的驱动力。这是一种复杂系统的自发涌现,关注的是环境压力(如紫外线、火山活动、潮汐能)如何“偏爱”那些能够存储和复制信息的分子集合,而非其内部的化学机理。 第三部分:智慧的攀升与文明的足迹 本书的高潮部分转向了智能生物的演化及其创造的文明。这里,关注的焦点是认知能力与信息处理的效率,而非生物体内的新陈代谢路径。 章节概述: 1. 感官系统的进化军备竞赛: 探讨生物如何从简单的光敏点发展出复杂的视觉、听觉系统,以及这种信息接收能力的提升如何驱动了早期工具的使用和社群的组织化。这是一种基于生存博弈的反馈循环。 2. 符号、语言与抽象思维的突破: 这是本书中最具哲学色彩的部分。我们分析了语言的出现如何使知识的积累实现了非线性的加速。抽象概念(如时间、数字、道德)的诞生,标志着一个物种开始能够模拟未来并反思过去,这是从动物行为学向文明史迈进的关键一步。 3. 文明的熵增挑战与信息冗余: 随着技术的发展,文明开始面临自身复杂性带来的挑战。我们审视了古代帝国如何因信息传递滞后和资源调配效率低下而衰落,以及现代社会如何通过新的媒介(文字、印刷术、电子网络)来应对这种熵增压力,试图将自身的知识和结构以更低的成本在时空中保持稳定。 第四部分:文明的回响与宇宙的终局 最后一章将视角拉回到宇宙尺度,审视一个文明在星系尺度上可能留下的痕迹,以及宇宙最终的命运。 章节概述: 1. 费米悖论的重新审视: 我们不再仅仅讨论“他们在哪里”,而是探讨“他们为何沉默”。是技术奇点导致的自我毁灭,是资源枯竭的必然结果,还是因为先进文明的交流方式已经超越了我们当前感官和物理定律所能捕捉的范畴? 2. 戴森球与技术遗迹的搜寻: 从理论天体物理学的角度,分析高等文明可能为获取能量而在恒星周围构建的巨型结构。我们关注的是这些结构对恒星光谱的微小扰动,这是一种寻找“技术熵减”在宇宙中留下的痕迹的方法。 3. 时间尽头的低语: 以宏大的宇宙热寂理论收尾。当所有的恒星燃尽,黑洞蒸发,信息被彻底稀释到最低密度时,我们试图描绘出宇宙最后的、近乎绝对的静默。这个结局是对所有复杂性、所有文明活动最终归于无序的深刻反思。 总结: 《星辰低语与文明回响》是一部关于尺度、时间与复杂性的跨学科探索。它通过对宇宙结构的宏观理解、对行星形成环境的概率分析,以及对智能涌现的符号学观察,构建了一个完整的叙事框架,旨在激发读者对自身在浩瀚时空中的定位的深层思考。本书的论证过程严谨,但其表达方式富有文学张力,旨在吸引那些对宇宙历史、生命哲学以及文明的终极命运感兴趣的广大人群。