The Properties of Water and their Role in Colloidal and Biological Systems, Volume 16 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:van Oss, Carel Jan

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2008-12

价格:1544.00 元

装帧:

isbn号码:9780123743039

丛书系列:

图书标签:

• 水
• 性质
• 胶体系统
• 生物系统
• 界面化学
• 物理化学
• 生物物理学
• 溶液化学
• 水合作用
• 氢键

好的，这是一本关于水在胶体和生物系统中作用的专著的简介，旨在详细介绍其内容，同时避免提及您提供的书名《The Properties of Water and their Role in Colloidal and Biological Systems, Volume 16》。 --- 《水科学与复杂体系相互作用：从分子结构到宏观界面行为》 本书导言 水，作为生命和地球上最普遍的物质，其独特的物理化学性质在自然界乃至人造系统中扮演着核心角色。从分子层面来看，水的结构、动力学及其与周围物质的相互作用，深刻地决定了其宏观行为。本书致力于系统性地阐述水在复杂体系，特别是涉及界面、分散系统和生命活动中的关键作用。我们摒弃了对水简单“溶剂”的刻板印象，深入探讨其作为结构导向剂、反应介质和能量传递载体的多重功能。全书结构严谨，逻辑清晰，力求为材料科学、生物物理学、化学工程以及生命科学等领域的研究人员提供一个全面、深入且前沿的参考框架。 第一部分：水的基本特性与结构精妙 本部分奠定了理解水在复杂体系中行为的理论基础。 第一章：水分子间作用力的量子力学基础 本章首先回顾了水分子的电偶极矩、四极矩及相关的极化效应。重点深入探讨了氢键（Hydrogen Bonding）的本质，超越经典的电荷转移模型，结合现代量子化学计算（如密度泛函理论，DFT）阐述了氢键的能量学、方向性及其在液态水中的瞬时形成与断裂动力学。讨论了受激拉曼光谱和飞秒时间分辨技术如何揭示水团簇（Water Clusters）的结构振动特征，并建立了分子间作用力与宏观热力学性质（如表面张力、比热容）之间的定量联系。 第二章：液态水结构的非均匀性与局域序 传统上将液态水视为随机网络，本书则强调其固有的非均匀性。通过中子散射（Neutron Scattering）和X射线衍射实验，分析了不同温度和压力下水的结构因子 $S(q)$。引入了“短程有序”和“长程无序”的概念，探讨了是否存在稳定存在的，具有特定拓扑结构（如五元或六元环）的微小结构域。本章还讨论了在极端条件下（如超临界水或冰核形成前夕）水结构的相变行为。 第三章：水与电磁场及界面效应 水对电磁波的响应是其介电性质的直接体现。本章详细分析了水的介电弛豫光谱，并探讨了高频电磁场（如微波加热）如何通过影响水分子偶极矩的定向运动来传递能量。此外，重点讨论了界面效应，包括电子转移在水界面上的重整化过程，以及水层在固体/液体和液体/液体界面的结构梯度对宏观电荷分离过程的影响。 第二部分：水在胶体系统中的行为机制 胶体系统，如乳液、悬浮液和气溶胶，其稳定性和动力学过程几乎完全依赖于分散介质——水的作用。 第四章：水化层与电双层理论的再审视 本章系统梳理了DLVO（Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek）理论，但着重分析了其在现代胶体科学中的局限性。引入了“特异性离子吸附”和“非静电相互作用”的概念。详细阐述了离子在固体表面吸附层（Stern层）中的排布，以及 Gouy-Chapman-Stern 模型如何通过考虑离子大小和具体化学性质来修正德拜长度 ($kappa^{-1}$)。特别关注了表面电荷密度对水化层结构的影响。 第五章：润湿性、铺展动力学与表面能 水与固体表面的相互作用是界面科学的核心。本章从分子动力学模拟的角度，解释了接触角（Contact Angle）的形成机制。讨论了Young方程的适用范围，以及在粗糙或非均相表面上，润湿性如何受限于局部微观结构。此外，分析了液滴铺展（Droplet Spreading）过程中的粘滞力和Marangoni效应，这些过程在涂层技术和微流控中至关重要。 第六章：聚合物溶液与高分子凝胶中的水结构 在聚合物体系中，水不再是惰性介质。本章研究了水分子如何嵌入高分子链之间，影响聚合物的构象（如卷曲/舒展转变）。通过广角X射线散射（WAXS）和核磁共振（NMR）技术，区分了“束缚水”（Bound Water）和“自由水”（Bulk Water）。深入探讨了水对高分子溶胀（Swelling）和凝胶网络形成的影响，特别是在响应性水凝胶（Smart Hydrogels）中，水相变引起的体积变化机制。 第三部分：水在生物分子组装与功能中的关键作用 生物体系是水相互作用最复杂、最精妙的体现。本部分聚焦于水在生命活动中的结构和热力学驱动力。 第七章：蛋白质折叠与疏水效应的热力学驱动 蛋白质的天然三维结构是其功能的基础。本章核心解释了“疏水效应”（Hydrophobic Effect）——即非极性氨基酸残基在水溶液中聚集的驱动力。我们从统计力学角度，分析了当非极性物质引入水中时，水分子被迫形成有序的“冰笼”（Clathrate-like Cages）结构所导致的熵减。这种熵驱动力是克服焓不利因素，驱动蛋白质正确折叠和膜蛋白嵌入脂双层的根本原因。 第八章：核酸结构稳定与水合作用 DNA和RNA的双螺旋结构依赖于精确的水合层。本章探讨了水分子在双螺旋凹槽（Minor/Major Groove）中的特定结合模式，这些水分子桥接了磷酸骨架和碱基对。分析了水合作用如何影响碱基堆积（Base Stacking）的能量，以及在转录和复制过程中，水分子在解旋酶活性位点中的动态作用。 第九章：生物膜的形成与水的跨膜转运 细胞膜由脂质双分子层构成，水的渗透是维持细胞渗透压平衡的关键。本章详细阐述了脂质相变温度（Gel-to-Liquid Crystalline Transition）对膜流动性和水渗透性的影响。引入了关于水通道蛋白（Aquaporins）的结构生物学见解，解释了这些通道如何利用精确的氢键网络和电荷布局，实现对水分子的快速、高选择性转运，同时阻止质子的反向扩散。 结论与展望 本书的最终目标是强调水在控制复杂体系行为中的中心地位。未来的研究方向将集中在利用先进的瞬态光谱技术解析水在生物反应过程中的超快动力学，以及设计仿生界面材料，以模仿水在生物系统中的高效能调控能力。本书为读者提供了一个跨越尺度的统一视角，认识水如何从亚纳米级的分子运动，构建起宏观的生命和材料功能。

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