前篇:Keith J. Laidler John H. Meiser Bryan C. Sanctuary的《Physical Chemistry》
前言
本書為第三版,是一本為大學部兩學期制物理化學課程所設計的教科書。物理化學課往往是學生第一次有機會把對化學的描述性知識、理論知識與數學知識整合成一個連貫的整體。為了促進這種統整,本書以一項核心觀念作為架構:先界定一個系統,研究該系統可能處於的各種狀態,再分析它藉由哪些過程改變其狀態。
本書分為四個部分。
第一部分著重於物理系統的巨觀性質。首先從氣體與液體的描述性研究開始,接著進入熱力學;熱力學是一套用來描述物質系統行為的完整巨觀理論。
第二部分著重於動力學,包括氣體動力論、輸送過程以及化學反應動力學。
第三部分介紹量子力學與光譜學。
第四部分則透過統計力學,探討系統的分子性質與巨觀性質之間的關係,並將這套理論應用於凝聚相結構的研究。本書的編排使前三部分可以用任何順序研讀;第四部分則被設計成一個總結性的部分,將前面各部分整合為一個具有內在一致性的整體。
除了標準的積分表,以及各種物性數值表之外,本書還包含若干附錄,用以擴充正文中的討論,例如更詳細的微擾理論、群論,以及若干數學主題。
每一章開頭都會列出該章所介紹的主要事實與觀念;每章末尾則附有摘要,以協助讀者將該章內容統整成一個連貫的整體。各章中也穿插了頁邊註記,提供人物傳記資料與若干補充評論。
每章都包含用來說明各類計算方法的例題,並在章節內容中安排練習題。這些練習題以及每一節末尾的習題,都是為了讓學生練習運用研讀該章後所獲得的技巧與理解。
所有數值型練習題,以及奇數題號的數值型習題之答案,都列於附錄 K。出版社另提供一本解答手冊,其中包含所有練習題及奇數題號習題的完整解答。教師也可以在線上取得一本教師手冊,其中附有偶數題號習題的解答。
教師可以自行決定是否允許學生取得解答手冊;而當教師希望學生在無法查閱解答的情況下自行作答時,便可以指定偶數題號的習題。
作者鼓勵學生與教師針對本書的任何部分提出意見;請將評論與建議寄交作者:
Robert G. Mortimer
2769 Mercury St.
Bartlett, TN 38134, USA
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一、化學熱力學
第一篇 熱力學與物理系統的巨觀描述 1
第一篇著重於物理系統的巨觀性質,首先描述性地研究氣體與液體
第 1 章 氣體與液體的行為 3
第 2 章 功、熱與能量:熱力學第一定律 39
第 3 章 熱力學第二定律與第三定律:熵 105
第 4 章 真實系統的熱力學 151
第 5 章 相平衡 199
第 6 章 溶液熱力學 237
第 7 章 化學平衡 303
第 8 章 電化學系統的熱力學 351
二、化學動力學
第二篇 動力學 381
第二篇著重於動力學,包括氣體動力論、輸送過程與化學反應動力學。
第 9 章 氣體動力論:平衡狀態下稀薄氣體的分子理論 383
第 10 章 輸送過程 441
第 11 章 化學反應速率 485
第 12 章 化學反應機構(一):速率定律與反應機構 523
第 13 章 化學反應機構(二):催化與其他主題 565
三、分子量子力學(量子化學)與光譜學
第三篇 物質的分子本質 617
第三篇以「量子力學」描述能階、波函數、原子/分子結構,進而解釋光譜。
第 14 章 古典力學與舊量子論 619
第 15 章 量子力學原理(一):德布羅意波與薛丁格方程 653
第 16 章 量子力學原理(二):量子力學公設 683
第 17 章 原子的電子態(一):氫原子 725
第 18 章 原子的電子態(二):多電子原子的零階近似 763
第 19 章 原子的電子態(三):高階近似 789
第 20 章 雙原子分子的電子態 823
第 21 章 多原子分子的電子結構 867
第 22 章 原子與分子的平移、轉動及振動狀態 915
第 23 章 光學光譜學與光化學 949
第 24 章 磁共振光譜學 1001
四、統計力學
第四篇 物質之巨觀理論與分子理論的統合 1037
第四篇透過統計力學的研究,說明系統的分子性質與巨觀性質之間的關係,並以第四篇作為總結篇,將其他各篇整合成一個連貫的整體。
第 25 章 平衡統計力學(一):分子狀態的機率分布 1039
第 26 章 平衡統計力學(二):統計熱力學 1081
第 27 章 平衡統計力學(三):系綜 1121
第 28 章 固體、液體與高分子的結構 1153
把「微觀」和「宏觀」接起來:由狀態數/機率 → 推出熱力學量、系綜。
微觀模型⟶統計系綜⟶熱力學與響應性質⟶凝聚態物質的結構與行為Mortimer的《Physical chemistru》將統計力學置於全書最後,並以「固體、液體與高分子的結構」作為總結,正好闡明統計物理與凝態物理之間並不存在清楚而固定的邊界。統計力學並非在抽象系綜與配分函數處終止,而是自然延伸至晶格振動、電子結構、液體、輸送現象、高分子與奈米材料等凝態問題;反過來說,凝態物理中的許多核心理論,也正是在處理這些真實多體系統的過程中發展出來的。
