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出版者:

作者:Karpelenia, Jenny

出品人:

页数:32

译者:

出版时间:2005-12

价格:$ 21.41

装帧:

isbn号码:9780756946432

丛书系列:

图书标签:

• 化学反应
• 化学
• 科学
• 教育
• 学习
• 实验
• 元素
• 分子
• 方程式
• 高中化学

深入探索物质世界的奥秘：《结构与演化：无机化学的宏伟蓝图》 一部跨越经典与前沿的无机化学教科书，旨在为学生和研究人员提供一个全面、深入且富有洞察力的视角，理解物质世界的基石及其在复杂系统中的动态行为。 --- 导言：构建物质世界的基石 本书《结构与演化：无机化学的宏伟蓝图》并非简单地罗列元素周期表上的信息，而是致力于揭示无机化学——即研究所有不含碳氢键化合物的学科——在现代科学中的核心地位及其演化逻辑。我们相信，理解无机化合物的结构、键合特性以及它们如何跨越时间尺度进行反应和转化，是掌握材料科学、地球化学、生物无机化学乃至新能源技术等诸多领域的基础。 本教材的结构设计遵循“从基础到应用，从简单到复杂”的原则，力求在严谨的理论推导与生动的实际案例之间找到完美的平衡。我们将从量子力学的基本原理出发，逐步深入到原子轨道杂化、分子几何构型、晶体结构，最终探讨复杂体系中的电子转移、催化机制与功能材料的设计。 第一部分：核心概念与量子基础——理解原子与分子层面的“语法” 本部分奠定了整个学科的理论基础，重点在于建立清晰的微观图像。 第一章：原子结构与电子排布的精细调控 我们将详细回顾玻尔模型到薛定谔方程的演进，重点剖析现代原子轨道理论（s, p, d, f轨道）的实际物理意义。深入讨论电子的自旋与泡利不相容原理如何决定了元素的周期性规律。特别关注有效核电荷（$Z_{ ext{eff}}$）的概念，并阐释它如何精确地解释了元素周期表中跨周期和周内电负性、离子半径和电离能的变化趋势。本章将引入先进的计算化学方法（如密度泛函理论的初步概念），展示如何通过数值模拟来预测未知的原子能级。 第二章：化学键的本质与空间构型 化学键是连接原子的桥梁。本章超越了简单的路易斯结构，重点探讨了价键理论（VB）与分子轨道理论（MO）的适用范围和互补性。我们详细分析了 $sigma$ 键和 $pi$ 键的形成机制，并引入杂化理论来解释 $ ext{sp}^3 ext{d}^2$ 等复杂构型的合理性。在分子轨道部分，我们将构建双原子分子和简单多原子分子（如 $ ext{H}_2 ext{O}, ext{BF}_3$）的 MO 图，并深入探讨VSEPR模型的局限性，尤其是在考虑孤对电子和价层电子对相互作用时的修正。 第三章：固体结构化学：从晶格到功能 晶体结构是理解宏观性质的关键。本章系统介绍了晶体学基础，包括布拉维点阵、晶胞、密堆积结构（FCC, HCP）的几何描述。深入探讨离子晶体的能斯特-海森堡稳定性、晶格能的计算（使用Born-Haber循环）以及密堆积缺陷对材料导电性和机械性能的影响。此外，我们还介绍了共价网络固体（如硅酸盐、碳化物）的结构单元和聚合方式，为后续的材料科学应用打下基础。 第二部分：反应动力学与热力学——能量与转化的驱动力 无机化学的核心在于物质的转化。本部分侧重于平衡、速率和能量学原理在无机反应中的应用。 第四章：酸碱理论的拓展与非水体系 本章超越了传统的布朗斯特-洛里和路易斯酸碱定义，聚焦于超酸体系和Gaudry酸碱概念。我们详细讨论了溶剂效应，特别是非水溶剂（如液氨、熔融盐）中质子和电子转移反应的特点。重点分析了Pearson硬软酸碱（HSAB）原理的理论基础（基于极化率和电荷密度），并展示了其在预测有机金属反应和配位化学选择性中的强大指导作用。 第五章：氧化还原反应与电化学基础 氧化还原反应是能源转换和环境化学的支柱。本章系统回顾了标准电极电势的计算及其影响因素（如配体效应、pH值）。我们引入了Pourbaix图（电位-pH图）的概念，用以解析金属在不同环境下的稳定形态，这对腐蚀科学至关重要。此外，将探讨过渡金属中的电子转移机制，包括单电子转移（SET）和双电子转移（DET）的动力学差异。 第六章：配位化学：过渡金属的“魔术” 过渡金属化合物因其可变的氧化态和多样的配位几何而引人入胜。本章核心内容是晶体场理论（CFT）和配位场理论（LFT）。我们将详细解释 $ ext{d}$ 轨道在不同配位几何（八面体、四面体、平面四边形）下的分裂模式（$t_{2g}, e_g$ 等），以及这个分裂能 ($Delta_o$) 如何决定化合物的颜色、磁性（高/低自旋）、稳定性和反应活性。本章还将引入分子轨道理论在配位化合物中的应用，特别是 $pi$-供体和 $pi$-受体配体的区分，这是理解金属羰基化学的关键。 第三部分：无机体系的动态行为与前沿应用 最后一部分将理论知识应用于实际的化学系统，展示无机化学在解决现代技术挑战中的关键作用。 第七章：主族元素化学与生物无机化学的交汇 主族元素构成了地球上绝大多数的矿物和生命体必需的宏量元素。本章聚焦于硅、磷、硫等元素的独特化学特性，例如硅氧四面体的聚合形成硅酸盐网络，以及磷酸根在生物能量传输中的作用。随后，深入探讨生物无机化学：水分子在金属酶活性中心的活化机制，铁蛋白（血红素）和钴蛋白（维生素 $ ext{B}_{12}$）中金属中心的电子结构与功能的关系，以及重金属的毒理学机制。 第八章：固态反应与功能材料设计 从基础晶体结构到功能材料的实现，需要理解固态下的反应路径。本章介绍固态合成方法（如高温煅烧、溶剂热合成）的原理。重点探讨半导体材料的能带理论（价带、导带的形成），以及掺杂如何调控其导电性。我们将分析陶瓷材料（如高温超导材料 YBCO、压电材料 $ ext{BaTiO}_3$）的结构畸变与其宏观性能之间的关联。本章强调，材料的功能源于其特定尺度的结构有序性。 第九章：催化与能源转化中的无机化学 无机催化剂是现代化学工业的心脏。本章将深入分析多相催化中的关键步骤：活性位点的形成、反应物的吸附、表面扩散与产物的解吸。通过Sabartier原理和布朗斯特-爱美特关系，解析为什么某些过渡金属或金属氧化物表面能提供“恰到好处”的反应能垒。最后，本书将展望新能源技术中的无机化学应用，包括燃料电池中的质子传导膜材料、太阳能电池中的光敏染料，以及高效 $ ext{CO}_2$ 还原催化剂的结构设计原则。 --- 结语：视野的拓展 《结构与演化：无机化学的宏伟蓝图》旨在培养读者一种“结构决定性质，性质指导应用”的系统性思维。我们不仅教授知识，更期望激发对物质世界无尽变化的探索热情。掌握了这些基础原理，读者将能更有效地解读最新的科学文献，并参与到下一代功能材料和可持续化学工艺的创新之中。

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读完《从铁砧到芯片：金属的演变史》，我感觉自己仿佛经历了一场横跨数千年的工业冶金之旅。这本书的叙事手法非常具有史诗感，它从古代的炼铜和制铁的经验主义探索开始，逐步过渡到现代半导体工业中对超纯金属提炼的精细控制。作者的笔触充满了对人类智慧的赞叹，他将化学、物理和工程学完美地编织在一起，讲述了人类如何通过控制元素的反应与分离，一步步打造出我们今天的技术文明。书中对不同温度、压力条件下，金属氧化物还原的化学热力学分析非常透彻，尤其是关于合金化过程中，不同原子半径和电负性如何影响材料宏观性能的部分，讲解得深入浅出，令人拍案叫绝。例如，在描述不锈钢的抗腐蚀性时，作者详细剖析了铬元素在表面形成钝化层的微观化学过程，远比我过去在材料学课本上看到的要生动和全面。这本书的文字充满了力量感，节奏感强劲有力，仿佛能听见熔炉的轰鸣声和锻锤的敲击声，完全将化学反应的严酷与金属形态的刚毅完美结合。对于那些对工业历史、材料科学和化学工程交叉领域感兴趣的读者来说，这本书提供了一个极其丰富和令人振奋的阅读体验，它让人深刻理解到，我们所依赖的一切坚固耐用的物件，背后都凝聚着精妙的化学控制。

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坦白讲，我通常对手绘插图较多的书籍持保留态度，总觉得它们可能在内容深度上有所妥协。然而，《物质变化的艺术图谱》这本书完全颠覆了我的看法。它更像是一本结合了艺术鉴赏与基础化学原理的跨界作品。这本书的重点似乎不在于教授公式，而在于展示自然界和人造过程中，那些美丽而精确的转变形态。比如，书中用一系列令人惊叹的延时摄影图，展示了晶体是如何从溶液中“生长”出来的，每一个阶段的结构变化都被捕捉得无比清晰，配上的文字描述极其富有画面感，强调了热力学驱动力和分子堆积规律之间的微妙平衡。不同于其他科普读物直接给出结论，这本书更像是带领读者走入一个虚拟的实验室，观察反应的发生。它对色彩和形态的运用达到了极致，让我意识到化学反应本身就是一种无声的、动态的艺术表达。我甚至觉得这本书非常适合放在咖啡桌上，随机翻开任何一页，都能获得审美上的愉悦和知识上的启迪。这种将严谨的科学观察与高度的美学呈现相结合的做法，是极其罕见的，它成功地将“枯燥”的化学过程，转化成了一场视觉盛宴，成功地吸引了那些可能被传统理工书籍吓退的潜在读者群体。

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我最近阅读的这本《环境中的看不见的守望者》，着重探讨了污染物的迁移与分解机制，其专业性和社会责任感都让人肃然起敬。这本书的叙事基调是严肃且紧迫的，它没有采用煽动性的语言，而是通过扎实的案例分析和环境化学模型，来揭示我们排放物对生态系统造成的长期影响。作者在阐述大气中自由基如何催化臭氧层的破坏时，逻辑链条极其完整，每一个中间产物的形成与消失都有明确的速率常数和反应路径支撑。这本书最令人称道之处在于其跨学科的整合能力，它不仅涉及有机和无机化学，还深入探讨了生物化学在污染物降解中的作用，例如某些微生物如何特化出酶来分解持久性有机污染物。阅读过程中，我需要频繁地查阅或回顾一些高阶的反应动力学知识，这表明本书的目标读者群可能更偏向于相关领域的学生或专业人士，而不是纯粹的入门爱好者。它更像是一部深入的专题研究报告，用数据和模型说话，让人清晰地看到化学原理如何直接决定了我们星球的健康状况。这本书的结论部分尤其有力，它不只是指出现状，更基于化学可行性，提出了切实可行的减缓策略，是值得反复研读的参考资料。

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我必须承认，我对科学普及类书籍的要求通常是比较高的，我期待的是那种既能保持学术的严谨性，又能达到科普的流畅性。而这本《分子世界的低语》，恰恰在这一点上表现得令人印象深刻。它采取了一种非常宏大叙事的视角，将宏观世界的现象追溯到微观粒子的相互作用，但它处理这些复杂关系的方式却出乎意料地优雅。书中有一章专门探讨了材料科学中的“形变与恢复”，通过对比记忆金属和普通弹簧的分子结构差异，解释了为什么前者能展现出“不屈服”的特性。作者在描述这些电子和原子的运动时，使用的类比非常精妙，既避免了过度简化导致失真，又确保了非专业读者能够紧跟思路。我尤其喜欢它在结构安排上的精心设计，每一章节的结尾都会留下一个开放性的问题，引导读者去思考更深层次的物理或化学原理。这本书的语言风格是那种沉静而富有哲思的，读起来像是在欣赏一首结构精巧的赋体诗，节奏感强，逻辑推演严密。它不是那种让你读完就能立刻去做实验的书，而更像是一本引导你进行深度思考的思维导图。对于那些已经具备一定基础知识，渴望在某个领域寻求更精微洞察力的读者来说，这本书无疑提供了一个高层次的平台，让我得以从全新的角度审视我们所处的物质世界。

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这本新近入手的小册子，名为《日常生活的化学启示》，简直是为我这种对身边现象充满好奇的“厨房科学家”量身定做的。它并没有直接深入到复杂的方程式或者晦涩的理论模型中去，而是巧妙地将我们日常接触到的，比如早上煮咖啡的香气是如何产生的，衣服上的污渍为什么会被特定的洗涤剂去除，甚至是我们呼吸时体内发生的那些微小的能量转换过程，都用一种极其生动且易于理解的方式呈现了出来。作者的叙事风格非常亲切，就像是邻家那位博学的叔叔在下午茶时与你娓娓道来，每一个概念的引入都伴随着一个具体的、可触摸的生活实例。我特别欣赏它对“为什么”的追问，而不是仅仅停留在“是什么”的描述上。比如，书中解释了为什么用小苏打可以去除冰箱里的异味，并顺带提到了酸碱中和反应在厨房清洁中的实际应用，这远比教科书上干巴巴的定义要有趣得多。读完后，我感觉自己对家里的每一个角落都多了一层全新的认识，那些原本平淡无奇的日常活动，现在看来都充满了奇妙的化学魔法。它成功地弥合了理论科学与大众生活之间的鸿沟，让人在轻松愉快的阅读体验中，悄悄地提升了自己的科学素养。这本书的排版也很舒服，插图的选用非常精准，既不喧宾夺主，又能起到画龙点睛的作用，让人在视觉上也不会感到疲劳，强烈推荐给所有对“生活背后的小秘密”感兴趣的读者。

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