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出版者:科学出版社

作者:项斯芬

出品人:

页数:396

译者:

出版时间:1995-1

价格:78.00元

装帧:平装

isbn号码:9787030305480

丛书系列:中国科学技术经典文库 化学卷

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无机化学丛书·第4卷：结构与性能的精妙交织 本书简介 《无机化学丛书》旨在系统梳理和深入探讨现代无机化学的各个核心领域，为化学、材料科学、物理学以及相关工程技术领域的科研人员、高等院校师生提供前沿且详实的参考资料。本丛书共分多卷，涵盖了从基础理论到尖端应用的广阔范围。 《无机化学丛书·第4卷》 专注于无机化合物的结构化学、晶体物理性质以及它们在不同环境下的反应活性，着重阐释结构如何决定功能，以及功能如何反过来指导结构设计这一核心科学命题。 本卷的撰写力求在保持高度学术严谨性的同时，兼顾对复杂概念的清晰阐述，旨在成为理解和应用高级无机化学知识的必备工具书。 --- 第一部分：晶体结构与对称性原理 本部分奠定了理解固体无机材料的基础。我们首先回顾并深化了晶体学的基础知识，超越了简单的点群和空间群描述，深入探讨了非理想晶体结构（如缺陷、畴界和孪晶）对宏观性能的影响。 第一章：点群、空间群与晶体学基础回顾 本章对布拉维格子、晶体系统、元素对称操作进行了详尽的梳理。重点在于阐述群论在描述晶体对称性中的强大工具性，特别是如何利用这些对称性操作来预测物质的物理特性（如光学活性、压电性）。引入了施罗夫符号（Schönflies symbols）与赫尔曼-马青符号（Hermann-Mauguin notation）的精确对应关系，并辅以大量实例说明晶体学符号在文献检索和结构解析中的应用。 第二章：晶体缺陷化学与非化学计量 理想晶体结构是理论模型，现实中的无机材料总是存在缺陷。本章详细探讨了弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷、间隙原子、取代原子以及位错等线缺陷和面缺陷。深入分析了这些缺陷如何影响材料的电学、力学和离子导电性。非化学计量化合物（Non-stoichiometric compounds）被作为一类特殊的重要结构进行专题讨论，例如过渡金属氧化物和硫化物中常见的价态波动和结构空位，这直接关系到材料的催化活性和储能性能。 第三章：结构化学中的配位模式与拓扑学 配位化合物的结构多样性是无机化学的魅力所在。本章系统考察了不同配位几何（四面体、八面体、三角双锥、立方体等）的稳定性判据，特别是晶体场理论（CFT） 和 配位场理论（LFT） 的最新发展。重点讨论了如何利用VSEPR理论的扩展版本（如价壳层电子对互斥理论的现代修正）来预测复杂团簇和多核配合物的构象。最后，引入了拓扑化学的概念，将复杂的无限框架结构（如沸石、金属有机框架MOFs）简化为可预测的骨架结构，分析了孔隙率、比表面积与结构拓扑之间的定量关系。 --- 第二部分：结构导向的电子与磁性 无机材料的宏观电子和磁性起源于其微观的电子排布和晶格相互作用。本部分是连接量子化学计算与实验观测的关键桥梁。 第四章：能带理论在无机半导体中的应用 本章从Bloch函数和周期性势场出发，推导了晶体能带的形成过程。详细讨论了直接带隙与间接带隙的物理意义，以及它们在光电器件设计中的决定性作用。针对过渡金属氧化物和复杂钙钛矿结构，我们深入剖析了d轨道或f轨道的能带结构，解释了电荷转移激发和金属-绝缘体转变（如Mott转变）的内在机制。重点分析了掺杂效应如何调控费米能级和载流子浓度。 第五章：磁性结构与交换作用 磁性材料的研究是固体无机化学的核心分支。本章详述了铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性以及亚铁磁性等基本磁序的形成机理。核心内容集中在超交换作用（Superexchange） 的理论模型，包括Anderson的轨道重叠模型和Goodenough-Kanamori规则的应用。通过对不同晶体场配位几何（如角型、线性型）的分析，读者将能预测磁性离子之间的耦合方向和强度。本章还涵盖了自旋交叉现象（Spin Crossover, SCO）在分子磁体和信息存储中的应用潜力。 第六章：固体中的离子迁移与缺陷工程 本章聚焦于离子导电性，这是电池、燃料电池和传感器技术的基础。详细讨论了影响离子迁移率的关键因素：晶格能、离子半径、以及缺陷的迁移能垒。通过阿伦尼乌斯方程的晶格模型，量化了温度对离子扩散的影响。针对快离子导体（如 $eta$-氧化铝、钇稳定氧化锆YSZ），我们着重分析了其特殊的开放通道结构如何实现低能垒的离子跳跃路径。 --- 第三部分：结构、稳定性和反应活性 无机化学的最终目标之一是理解和控制物质的反应性。本部分将结构分析工具应用于预测化学转化和材料稳定性。 第七章：热力学稳定性与相图的构建 本章引入了亚历山大模型和能斯特-兰德特模型等，用于分析离子晶体的晶格能和稳定性。重点讲解了相图（如压力-温度图、组分-温度图）的解读和构建方法，特别是三元和四元体系中的相平衡限制。通过Pourbaix图（电化学势图），将热力学与电化学环境联系起来，预测化合物在水溶液中的腐蚀和溶解行为。 第八章：固态反应机理与扩散控制 固态化学反应通常是异相过程，其速率往往受限于扩散。本章详细分析了固态反应动力学模型，如Ginstling-Bratanov方程，并探讨了扩散机制（例如，通过晶格缺陷、晶界或表面扩散）对反应速率的控制作用。在高温合成中，气氛控制（如氧逸度、硫逸度）对最终产物结构和化学计量比的精确调控至关重要，本章对此进行了深入的案例分析。 第九章：表面化学与异相催化 材料的反应活性往往集中在表面。本章将结构化学的视角拓展到表面界面。讨论了表面重构、表面吸附几何构型、以及表面能对颗粒形貌（如纳米颗粒的刻面选择性）的影响。针对多相催化剂，通过Sabatier原理和d带中心模型，解释了活性金属或金属氧化物表面与反应物分子之间的电子耦合如何决定催化活性和选择性。最后，结合STM/AFM的表征，展示了原子尺度上结构变化对催化循环的实时影响。 --- 总结 《无机化学丛书·第4卷》致力于构建一个从原子尺度结构对称性到宏观性能调控的完整知识体系。通过对晶体缺陷、电子结构、磁性耦合和反应动力学的细致剖析，本书旨在深化读者对“结构决定性质”这一无机化学基本原理的理解，并提供解决现代材料科学挑战的理论工具和方法论。本书适合具备扎实普通无机化学基础的高年级本科生、研究生及专业研究人员阅读。

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对于那些渴望深入研究高分子无机材料或者催化剂设计的同行来说，这第四卷简直就是一份宝藏。我尤其推崇它在非水溶剂化学和超酸体系反应机理上的论述。许多教科书对这些“极端”条件的描述往往一笔带过，但这本书却用大量的实验数据和理论模型，详细描绘了在强酸或非质子溶剂中，金属化合物行为的巨大变化。这种对反应环境敏感性的细致考察，对于我们设计新型高效催化剂至关重要。作者的写作风格有一种独特的学术魅力，既有严格的化学逻辑，又透露出对科学探索的无限热忱，读起来让人心情愉悦，仿佛正在与一位经验丰富的大师进行面对面的学术交流。这本书的价值，绝对远超其定价。

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坦白讲，我一开始是带着一种“试试看”的心态来阅读这本《无机化学丛书·第4卷》的，毕竟无机化学的深度是出了名的。但这本书迅速抓住了我的注意力，特别是它在生物无机化学和环境无机化学交叉领域的内容。作者巧妙地将那些在生命体内核酸和蛋白质中发挥关键作用的金属离子（如铁、铜、锌）的催化机制，用无机化学的语言进行了详尽的阐释。这种跨学科的视角非常新颖，它让我看到了无机化学不再是孤立的学科，而是支撑生命科学和地球科学的核心工具之一。书中关于重金属污染的化学转化路径分析，也让我对环境治理有了更深刻的化学理解，那种从分子层面剖析宏观问题的能力，是这本书给我最大的馈赠。

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这本《无机化学丛书·第4卷》真是让我大开眼界，它简直是无机化学领域的一部百科全书！我之前一直觉得无机化学概念繁多、公式复杂，读起来很枯燥，但这本书完全颠覆了我的看法。它没有那种教科书式的死板，而是用一种非常生动、深入浅出的方式，将那些看似晦涩难懂的理论娓娓道来。尤其是在讲解配位化学和过渡金属的性质时，作者的阐述简直是教科书级别的清晰。他们不仅详细介绍了各种络合物的结构、稳定性，还结合了现代材料科学的应用实例，让我真切地感受到了无机化学的魅力和实用价值。特别是对d区和f区元素的电子结构和磁性特性的讨论，逻辑严密，层层递进，我感觉自己仿佛站在了化学研究的最前沿，对元素周期表的理解达到了一个新的高度。书中大量的图示和实验数据分析，也极大地帮助我理解了抽象的化学原理，绝对是化学专业学生和研究人员必备的参考书。

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这本书的排版和设计，简直是业界良心。我是一个对视觉体验很敏感的读者，很多化学书籍因为图表太多显得杂乱无章，但这本《第4卷》的版式设计简洁大气，重点突出。特别是关于固态化学和晶格能的计算部分，那些复杂的晶体结构模型，经过精心绘制，即便是在黑白印刷的情况下，也显得立体感十足，让人一眼就能抓住关键的结构特征。我花了很多时间对比了不同晶系之间的差异，这本书的对比表格做得比我以前看的任何资料都清晰。再者，书后附带的习题和思考题，设计得极具挑战性，它们不是简单的知识点重复，而是需要综合运用前几卷知识才能解决的综合性问题，这极大地锻炼了我的分析和解决复杂问题的能力。读完后，我感觉自己的科研思维都被激活了。

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读完这第四卷，我得说，这套丛书的编排实在太用心了。与市面上其他专注于基础概念的教材不同，这一卷明显更侧重于专业化和前沿性。我特别欣赏它在立体化学和对称性分析上的处理方式。作者没有停留在高中物理的简单介绍层面，而是深入到了群论的基础应用，这对理解分子的振动光谱和晶体场理论至关重要。我记得有一章专门讨论了手性分子和光学异构体的分离技术，讲解得非常详尽，不仅有理论推导，还结合了实际工业生产中对高纯度手性化合物的需求，这种理论与实践的紧密结合，让学习过程充满了动力。而且，书中的语言风格非常严谨，但又不失学术深度，即便是面对一些非常精细的晶体缺陷和非化学计量化合物的讨论，也能把握得恰到好处，让人觉得作者对这门学科的掌握是何等炉火纯青。

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