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出版者:Houghton Mifflin College Div

作者:Zumdahl, Steven S.

出品人:

页数:573

译者:

出版时间:2003-4

价格:$ 134.20

装帧:Pap

isbn号码:9780618393046

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• 入门
• 化学导论
• 基础化学
• 大学教材
• 化学学习
• 科学
• 教育
• 通俗易懂
• 化学基础

元素之心：现代炼金术的奥秘与实践 一部超越基础，深入物质世界本质的深度探索之作 《元素之心：现代炼金术的奥秘与实践》并非一部寻常的化学入门教材，它是一部为那些已经掌握了基础元素周期表和化学计量学，渴望触及化学反应深层驱动力与前沿应用的研究者、工程师和高级爱好者准备的深度参考手册。本书旨在揭示化学现象背后的哲学思考、计算模拟的精妙，以及材料科学如何重塑我们的未来。 本书的结构设计旨在引导读者从宏观的物质形态，逐步深入到微观的量子力学层面，最终回归到工程实践的挑战。我们摒弃了冗长、重复的基础概念回顾，直接切入那些在标准“入门化学”课程中往往被一笔带过，但对现代科学至关重要的领域。 --- 第一部分：超越教科书的化学原理（The Foundations Beyond the Basics） 本部分将对经典化学原理进行一次批判性的重审和深化，重点关注那些需要更成熟数学和物理背景才能真正理解的概念。 第一章：热力学与反应驱动力的高级解析 本章不再满足于简单的$Delta G = Delta H - TDelta S$公式。我们将深入探讨： 1. 非标准状态下的吉布斯自由能： 详细解析活度（Activity）的概念及其在复杂多相平衡系统中的应用，特别是对电化学和溶液化学的意义。 2. 化学势与相图的精细解读： 如何利用化学势梯度来预测和解释多组分系统的相分离和相变行为，重点分析高压下固体的行为。 3. 统计力学视角下的熵： 从玻尔兹曼的微观态计数出发，建立熵与分子构象、振动和转动能级的定量联系，为理解复杂分子的稳定性和反应速率提供坚实的微观基础。 第二章：量子化学的计算基石 本章是理解现代计算化学的敲门砖，旨在弥合理论化学与实际计算之间的鸿沟。 1. 薛定谔方程的近似与求解： 详细剖析Hartree-Fock方法的基本假设、局限性，以及后HF方法（如耦合簇CC、Møller-Plesset微扰理论MPn）的核心思想和计算成本权衡。 2. 密度泛函理论（DFT）的精髓： 不仅仅是介绍Kohn-Sham方程，更重要的是探讨不同交换关联泛函（如LDA, GGA, meta-GGA, 混合泛函）如何影响对键能、结构和反应能垒的预测精度。 3. 基组的选择与收敛性测试： 如何根据问题复杂度（从原子到大分子）选择合适的基组（如Pople, Dunning系列），以及如何进行系统收敛性研究，以确保计算结果的可靠性。 --- 第二部分：结构、键合与反应动力学（Structure, Bonding, and Dynamics） 本部分将聚焦于原子和分子尺度上，物质如何组织起来，以及它们如何进行相互转化。 第三章：高级分子轨道理论与光谱关联 我们深入探讨分子轨道理论在预测分子性质中的实际应用，超越HOMO-LUMO的简单解释。 1. 分子轨道理论在配位化学中的应用： 详细讲解晶体场理论（CFT）和配位场理论（LFT）的局限性，并重点阐述分子轨道理论如何成功解释d区和f区元素的颜色、磁性以及低自旋/高自旋态的转变。 2. 电子激发态与非绝热过程： 介绍Franck-Condon原理的深入理解，以及如何使用瞬态光谱学（如飞秒激光技术）研究电子在不同电子态之间的快速跃迁（如内转换和系间窜越）。 第四章：反应机理的精密解剖 本章关注反应路径的细节，探究催化剂如何通过改变能面来影响反应进程。 1. 过渡态理论（TST）的精确性与局限： 详细推导并应用TST计算反应速率常数，重点讨论如何修正反应坐标的选取问题，以及量子隧穿效应在轻原子转移反应中的影响。 2. 表面化学与非均相催化动力学： 阐述Langmuir-Hinshelwood、Eley-Rideal等模型在描述固体表面反应机理中的应用，并结合密度泛函理论计算表面吸附能和反应能垒，实现从第一性原理到催化剂性能预测的飞跃。 --- 第三部分：功能材料与新兴化学（Functional Materials and Emerging Chemistry） 本部分将视野从分子层面扩展到宏观功能，探讨化学原理如何在工程应用中发挥决定性作用。 第五章：固态化学与晶体工程 本章重点讨论如何通过精确控制晶体结构来设计具有特定电学、光学或机械性能的材料。 1. 晶体缺陷化学与掺杂效应： 深入分析点缺陷（空位、间隙原子、取代杂质）对半导体材料电荷载流子浓度的影响，并定量化缺陷的形成能。 2. 高熵合金（HEAs）的化学设计原则： 介绍熵驱动在稳定复杂晶体结构中的作用，以及如何利用化学计量的多样性来设计具有超高强度和耐腐蚀性的新型结构材料。 第六章：电化学前沿：能源存储与转化 本书的终章聚焦于化学在解决全球能源挑战中的核心地位。 1. 电池电化学的界面控制： 剖析锂离子电池中固态电解质界面（SEI）的形成机理、阻抗谱分析技术，以及如何通过电解液添加剂来稳定界面，提高循环寿命。 2. 光电化学与催化： 介绍半导体光电极的工作原理，重点探讨如何设计具有合适能带结构和高光吸收效率的材料（如钙钛矿、量子点），以实现高效的水分解制氢或二氧化碳还原。 3. 电化学合成的绿色化： 讨论如何利用电化学方法替代传统的高能耗、高污染化学合成步骤，实现温和条件下的C-H键活化和官能团转化。 --- 适用读者： 本书假定读者已熟练掌握大学化学（特别是普通化学和物理化学的初级内容）。它特别适合于正在进行化学、材料科学、化学工程或物理学领域高级学位研究的学生，以及需要将理论化学知识应用于前沿工业研发的技术人员。本书提供的数学框架和计算方法论，是理解当前学术论文和专利申请的关键钥匙。 学习目标： 完成本书的学习后，读者将能够：独立评估和选择合适的量子化学方法来预测分子性质；运用非标准热力学工具分析复杂多相系统；理解先进功能材料的结构-性能之间的深层化学联系；并能批判性地阅读和理解高阶化学动力学和电化学文献。 本书强调的是“如何思考”和“如何计算”，而非简单的“是什么”。

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