具体描述
For those whose course including a laboratory component, a Laboratory Manual, compiled and edited by Gail A. Steehler (Roanoke College), is available for the 6th edition. The experiments use microscale equipment (wellplates and Beral-type pipets) and common materials. Project-type and cooperative/collaborative laboratory experiments are included. New experiments are on the ozone and biodiesel. Additional experiments are available on the Online Learning Center, as is the instructor's guide.
《万物之源：现代化学的宏伟叙事》 内容简介 本书是一部立足于当代科学前沿，深度剖析现代化学核心概念、发展脉络及其在人类社会中不可替代作用的综合性著作。它摒弃了传统化学教材的零散与碎片化叙事，力求构建一个宏大、连贯且富有洞察力的知识体系，旨在带领读者领略化学这门“中心科学”的深邃魅力与无限潜力。 全书共分为五大部分，层层递进，从微观的物质构成原理，到宏观的生命化学现象，再到前沿的材料科学与可持续发展挑战，全面展现了现代化学的全景图。 --- 第一部分：物质的基石与规律（The Fundamentals of Matter） 本部分深入探讨化学科学的根基。我们从原子和分子层次出发，详细阐述了量子力学如何重塑了我们对电子排布和化学键合的理解。我们不再仅仅停留在“共享电子”或“得失电子”的表层描述，而是借助现代计算化学的成果，解释了轨道杂化、分子轨道理论（MO Theory）如何精确预测分子的几何构型、键能和反应活性。 核心内容聚焦于： 1. 现代原子理论的精确化： 探讨薛定谔方程在多电子原子体系中的应用，引入波函数、概率密度和电子云的概念，理解元素周期表的深层物理学意义。 2. 化学键的动态本质： 详细分析离子键、共价键（σ键和π键）、金属键的能量景观和极性效应。重点讨论范德华力、氢键等分子间作用力，这些作用力如何决定物质的相变、溶解性和生物活性。 3. 热力学与反应驱动力： 引入吉布斯自由能（$Delta G$）作为判断化学反应方向的终极标准。深入解析焓变（$Delta H$）和熵变（$Delta S$）对反应平衡的贡献，并探讨非平衡态热力学的初步概念，为理解自然界中持续进行的复杂过程奠定基础。 --- 第二部分：反应的动力学与机制（Kinetics and Reaction Mechanisms） 化学不仅仅是关于“有什么”，更是关于“如何变化”。第二部分将视角转向时间的维度，揭示化学反应的速率、途径以及影响因素。 本部分强调了“反应机理”的研究方法，这是现代化学家进行合成设计和过程优化的核心能力。 关键章节包括： 1. 反应速率定律的构建： 从碰撞理论和过渡态理论出发，解释活化能（$E_a$）的概念。详细讲解一、二、零级反应的积分式和半衰期，并引入复杂反应（如连串反应、平行反应）的分析方法。 2. 催化作用的艺术： 催化剂是现代工业和生命活动的引擎。本部分区分了均相催化、多相催化和酶催化。重点剖析了过渡金属配合物在有机合成（如交叉偶联反应）中的关键作用，并探讨了表面化学在工业催化中的应用原理。 3. 反应路径的解析： 深入探讨了自由基反应、离子反应和协同反应的特点。通过实验证据（如同位素标记、速率控制实验）来推导和验证复杂的反应中间体，这是对化学过程理解深度的试金石。 --- 第三部分：有机世界的结构与功能（The Chemistry of Carbon and Life） 有机化学是化学与生物学交汇的核心领域。本部分聚焦于碳骨架的无限多样性，以及这些分子如何执行生命所需的复杂功能。 我们不再将有机化学视为简单的官能团的堆砌，而是将其视为一套基于结构、立体化学和电子效应的精确设计系统。 本部分特色内容： 1. 立体化学的精确控制： 详细阐述手性、对映异构体、非对映异构体的概念及其在药物活性、材料性能中的决定性作用。讨论不对称合成策略，例如手性催化剂的开发如何实现高对映选择性。 2. 反应范式的演进： 梳理了从经典的亲电取代到现代的自由基环化、金属有机化学（如烯烃复分解反应）等关键有机反应的进步历程，展示化学家如何高效地构建复杂分子骨架。 3. 生物大分子的化学基础： 聚焦于蛋白质（氨基酸的肽键和三维折叠）、核酸（碱基配对和信息存储）以及脂质（膜结构和信号传递）的化学本质。探讨水环境、pH值对这些生物分子稳定性和功能的影响。 --- 第四部分：无机化学与材料的创新（Inorganic Chemistry and Materials Innovation） 无机化学涵盖了元素周期表中除有机物外的所有物质，是现代高技术产业的物质基础。本部分强调了从基础元素属性到功能性材料设计的跨越。 本部分重点关注： 1. 配位化学的精妙： 深入讲解配位场理论和晶体场理论，解释过渡金属配合物如何展现出独特的磁性、颜色和催化活性。探讨金属有机框架（MOFs）和配位聚合物在气体吸附、分离和传感中的巨大潜力。 2. 固态化学与晶体工程： 探讨晶体结构、点缺陷理论在半导体、超导体材料中的重要性。介绍如何通过精确控制晶格参数来调控电子能带结构，实现特定光电功能。 3. 电化学的驱动力： 从能斯特方程到电池内部的反应机制，阐述电化学在能源存储和转换中的核心地位。详细分析锂离子电池、燃料电池的工作原理及其面临的材料挑战。 --- 第五部分：面向未来的化学挑战（Chemistry for a Sustainable Future） 在气候变化和资源枯竭的背景下，化学科学正面临着重塑自身角色的历史性机遇。本部分将目光投向化学如何为可持续发展提供解决方案。 本部分探讨了前沿的交叉学科主题： 1. 绿色化学的十二原则实践： 不仅是理论，而是展示如何在工业合成中实施原子经济性、使用环境友好型溶剂和设计可降解材料的实际案例。 2. 能源转化与储存： 深入研究光催化（如人工光合作用）在利用太阳能分解水或还原二氧化碳的潜力。比较不同世代的电池技术和氢能存储的化学难题。 3. 环境化学与污染物降解： 分析持久性有机污染物（POPs）的化学稳定性，以及新型氧化还原技术、生物修复技术在环境治理中的化学原理。 通过这五部分的系统论述，《万物之源：现代化学的宏伟叙事》旨在构建一个逻辑严密、内容前沿的化学知识框架，帮助读者理解化学如何作为一门跨越物理、生物、工程的中心科学，塑造着我们可见与不可见的物质世界。本书不仅适合化学专业学生深入学习，也为对科学前沿感兴趣的跨学科读者提供了深入理解当代科学进步的权威指南。
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