物理化學=化學熱力學+分子量子力學與光譜學+化學動力學+統計力學
Robert J. Silbey, Robert A. Alberty, Moungi G. Bawendi 《Physical Chemistry》的分子量子力學與統計力學部分寫得很好，又究竟而言，統計力學的"力學"其實就是指"分子量子力學"，即是分子量子力學+系綜統計理論=統計力學，所以這這本書直接歸為同一Part而稱量子化學~XD
PS:從Gibbs Paradox就知道不存在真正意義的基於古典力學的統計力學，我很重視這點!
Robert J. Silbey, Robert A. Alberty, Moungi G. Bawendi 《Physical Chemistry》前言
本書的目標，是讓已修習一年微積分與一年物理學的學生，能夠清楚而有興趣地理解物理化學的概念與方法。化學現象背後的理論相當複雜，因此，要讓大學生理解其中最重要的概念與方法，本身就是一項挑戰。然而，這些基本觀念其實是學生可以掌握的；無論他們主修化學、生物學、工程學或地球科學，都會發現這些內容相當有用。
本書從學術物理化學家的觀點介紹化學的基礎理論，同時也說明物理化學在實際問題上的許多應用。
第五版包含許多重要變更，包括：
差示掃描量熱法；
電子轉移反應動力學；
生物高分子結構的光譜學表徵；
特別強調利用紫外圓二色性、振動圓二色性（VCD）及拉曼光學活性（ROA），研究特定胜肽的結構；
詳細討論螢光共振能量轉移的概念；
說明傅立葉轉換紅外光譜相對於色散型紅外光譜的優點。
量子力學一章也經過大幅修訂，並在熱力學第二定律的脈絡下討論卡拉西奧多里原理（Carathéodory’s principle）。
每章末尾都設有「概念與思想問題」（Questions on Concepts and Ideas），讓學生有機會著重理解各種思想與概念的物理意義，並深入掌握教材內容。
某些數學技巧會在部分章節中以「數學註記」（Mathematical Notes）的形式說明，幫助學生迅速複習超出基礎微積分範圍、但本書會使用到的數學概念。
物理化學課程的一項重要目標，是學習如何解決數值問題，藉此凸顯基礎理論中的概念，並說明這些概念的實際應用。
為了達成這個目標，第五版加入了練習題以及四類問題：
可使用手持計算機求解的一般問題；
數值或繪圖問題；
理論問題；
必須在個人電腦上安裝數學應用軟體才能完成的電腦問題。
練習題的答案收錄於課本後方；這些練習題的完整解答則收錄於《物理化學解答手冊》（Solutions Manual for Physical Chemistry）。一般問題的答案也收錄於解答手冊中。
數值繪圖問題可利用裝有統計軟體的個人電腦更方便地處理，例如 Microsoft Excel、SigmaPlot、Origin 等。
本書共有 170 題電腦問題，需要使用裝有 Mathematica、Mathcad、MATLAB 或 Maple 等數學應用軟體的個人電腦。藉由這些數學軟體，可以處理過去過於困難或過度耗時的問題，尤其適合：
二維與三維繪圖；
複雜函數的積分與微分；
微分方程的求解。
《物理化學解答手冊》提供電腦問題所需的 Mathematica 程式及輸出結果。
170 題電腦問題的 Mathematica 解答亦以數位形式提供於：
www.wiley.com/go/silbey/physicalchemistry5e
這些程式可以下載到裝有 Mathematica 的個人電腦中。電腦問題特別著重於不需要複雜程式設計、但能讓學生更深入探索重要主題的問題。
書中也提供建議，說明如何改變參數，以及如何把程式套用到其他物質與系統。解答手冊中還列有主要指令的索引，協助學生了解各項指令的用法。
本書約有 60 幅圖使用 Mathematica 繪製。這些圖的圖說會標明相關程式出現在哪一道電腦問題中。透過這些程式，學生可以改變圖中的變數範圍，也可以針對其他物質與系統進行計算。
由於各大學物理化學課程的學分數不同，因而對進階教材的需求也不一樣，因此本版收錄的內容多於大多數課程實際能夠涵蓋的範圍。
一種典型的授課安排是：
第一學期：第 1～8、21、22 章；
第二學期：第 9～20、23、24 章。
若課程採取以分子為核心的教學方式，則可安排為：
第一學期：第 9～15、1、16、22 章；
第二學期：第 2～8、17～20、21、23、24 章。
附錄提供物理量與單位符號的字母順序表。全書的命名法與單位均保持一致。
本書採用國際單位制 SI（Système International d’Unités），因為 SI 是一套具有一致性的單位系統。也就是說，在計算中，若所有物理量都採用 SI 單位，所得結果便會自然以 SI 單位表示，而不必額外加入數值換算因子。
本書透過七個基本單位來表示所有物理量，以此強調科學基礎上的統一性。
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本書沿革
本書最初的書名是 Outlines of Theoretical Chemistry，由 Frederick Getman 於 1913 年撰寫。他一直負責到 1927 年，期間共出版四版。
接下來四版由 Farrington Daniels 撰寫。
1955 年，Robert Alberty 加入 Farrington Daniels。此時書名改為 Physical Chemistry，而版本編號也重新開始計算。
這段合作於 1972 年 Farrington Daniels 去世時結束。值得注意的是，本書的歷史可以追溯到 108 年以前。
多年來，本書受益於世界各地物理化學家的建議。許多關心物理化學應如何呈現的學者，都曾對先前版本以及本版提出意見。
如同過去幾版中所提到的，Robert Silbey 與 Robert Alberty 特別感謝麻省理工學院的同事們。他們曾審閱不同章節並提供建議，包括：
Sylvia T. Ceyer
Robert W. Field
Carl W. Garland
Mario Molina
Keith Nelson
Irwin Oppenheim
Timothy A. Keiderling
其中 Timothy A. Keiderling 為本版中關於生物高分子結構之光譜學表徵的內容作出了貢獻。
下列人士對第五版的改進提出了非常有用的建議：
Dharshi Bopegedera，Evergreen State College
Alyx S. Frantzen，Stephen F. Austin State University
Tracy Hamilton，University of Alabama at Birmingham
Gerard Harbison，University of Nebraska at Lincoln
Wei Kong，Oregon State University
Tony Masiello，Eastern Washington University–Cheney Campus
Roberto Peverati，Florida Institute of Technology
Donghui Quan，Eastern Kentucky University
Yan Waguespack，University of Maryland Eastern Shore
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目錄
第一部 熱力學
1.熱力學第零定律與狀態方程
2.熱力學第一定律
3.熱力學第二與第三定律
4.熱力學基本方程式
5.化學平衡
6.相平衡
7.電化學平衡
8.生物化學反應的熱力學
第二部 量子化學
9.量子理論
10.原子結構
11.分子電子結構
12.對稱性
13.轉動與振動光譜學
14.分子電子光譜學
15.磁共振光譜學
16.統計力學
第三部 動力學
17.氣體動力論
18.實驗動力學與氣相反應
19.化學動力學與光化學
20.液相動力學
21.第四部 巨觀與微觀結構
22.高分子
23.分子的電性與磁性
24.固態化學
25.表面動力學
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第一部 熱力學
熱力學研究各種形式能量之間的相互轉換，以及伴隨這些能量轉換所發生的物理性質變化。
熱力學關注的是物質的平衡狀態，與時間無關。即使如此，它仍然是物理化學中最強而有力的工具之一；也正因如此，本書第一部分便專門討論熱力學。
熱力學第一定律處理：
化學或物理過程能夠作多少功；
過程會吸收或放出多少熱量。
根據第一定律，可以建立各種物質的生成焓表，進而計算尚未實際研究過的反應焓變。若也知道反應物與生成物的熱容量，就可以計算反應在其他溫度下的反應熱，即使該溫度尚未直接進行實驗研究。
熱力學第二定律處理過程的自然方向，以及某一化學反應是否能夠自發進行。
第二定律最初是以熱機效率的觀點建立，但它也導出了熵的定義。熵對判斷化學變化的方向非常重要。
第二定律同時提供了化學反應平衡常數的理論基礎，回答下列問題：
一個特定反應在達到平衡之前，究竟會進行到什麼程度？
第二定律也為溫度、壓力及濃度對化學平衡與物理平衡的影響，提供可靠的預測基礎。
第三定律則使我們能夠僅根據量熱測量來計算平衡常數。這說明了熱力學如何把平衡系統中表面上互不相關的實驗測量彼此連結起來。
討論完熱力學定律以及相關物理量之後，首先會將其應用於化學平衡的定量分析。
接著，再將這些方法應用於不同相之間的平衡。這構成了：
蒸餾的定量理論基礎；
固體混合物相變化的解釋基礎。
最後，熱力學也會應用於電化學電池與生物化學反應。
第二部 量子化學
量子力學的發展始於二十世紀初。當時科學家開始研究原子與分子現象，並發現牛頓古典力學及光的波動理論，無法解釋實驗結果。
量子力學使科學家能夠計算原子與分子的能階及其他性質。
本部分將詳細討論氫原子的電子軌域，並說明如何把這些計算推廣到多電子原子。藉由這些資料，可以理解同一週期中各元素的下列性質為何會發生變化：
游離能；
電子親和力；
原子大小。
量子力學應用於分子後，使我們得以理解化學鍵的本質。
第 11 章會討論 H2+與 H2
中的成鍵，接著介紹如何利用量子化學方法描述較大型分子的化學鍵。
對許多分子而言，電腦已經可以相當準確地計算：
能階；
鍵長；
鍵角。
隨著電腦效能提升，這些計算變得愈來愈容易，也愈來愈精確。
第 12 章討論分子在平衡構型下的對稱性。利用對稱性概念，可以大幅簡化量子力學計算，也能回答一些定性的問題，例如：
分子是否具有偶極矩；
分子是否具有光學活性。
量子力學也是理解光譜測量結果的理論基礎。
光譜學可以用來：
鑑定分子；
測定分子濃度；
獲得分子性質的資訊。
微波與紅外光譜可提供：
鍵長；
鍵角。
紅外與拉曼光譜可提供分子振動頻率的資訊。
可見光與紫外光譜則可提供：
解離能；
鍵能；
電子激發態。
雷射技術與磁共振方法的發展，已徹底改變光譜學。磁共振方法如今在化學與生物學中極為重要，本書將以獨立的一章介紹。
第二部最後以統計力學作結。統計力學利用從光譜方法獲得的資訊，把個別分子的性質與大量物質的熱力學性質連結起來。
本書會以理想氣體狀態下的小分子反應為例，計算其平衡常數，以說明一般方法。
對高密度氣體、液體與固體而言，由於分子間作用力非常重要，其熱力學性質的計算會困難得多；不過，計算技術的進步也使這些計算逐漸成為可能。
第 16 章 統計力學
章節內容
16.1 波茲曼分布
16.2 理想氣體的單分子配分函數
16.3 平移運動對理想氣體熱力學性質的貢獻
16.4 振動運動對理想氣體熱力學性質的貢獻
16.5 轉動運動對理想氣體熱力學性質的貢獻
16.6 電子運動對理想氣體熱力學性質的貢獻
16.7 理想氣體的熱力學性質
16.8 直接計算理想氣體反應的平衡常數
16.9 能量均分原理
16.10 系綜
16.11 非理想氣體
16.12 固體的熱容量
16.13 專題：熱力學量的漲落
物質的平衡性質可以從兩種觀點來考察：巨觀觀點與微觀觀點。
熱力學是一種巨觀理論，用壓力、體積、組成，以及熱與功的交換，描述大量分子的行為。
不同測量性質之間的定量關係，並不依賴任何特定的物質微觀結構模型。
另一方面，量子力學則對分子的結構與相互作用提供微觀描述。
理想情況下，我們希望能根據光譜測量得到的個別分子知識，以及波函數的理論計算，預測物質的熱力學行為。
統計力學在微觀力學——包括古典力學與量子力學——和巨觀熱力學之間，提供了必要的橋梁。
統計力學的古典部分，主要由下列學者於十九世紀後半葉建立：
奧地利的波茲曼；
英國的馬克士威；
美國的吉布斯。
根據他們的研究，我們現在可以利用單一分子的資訊，計算理想氣體的熱力學性質。
所需的分子資訊包括：
振動頻率；
轉動慣量；
解離能。
對簡單分子而言，由此得到的熱力學性質往往比直接測量的結果更精確。
對較複雜的系統而言，尤其當分子間存在強烈作用時，統計力學的運用會困難許多，至今仍是研究中的重要課題。
統計力學也能幫助我們理解：
真實氣體；
固體；
高分子；
生物高分子。
統計力學使我們能以新的觀點理解熱力學定律；透過統計力學，我們會重新認識：
熱；
功；
溫度；
不可逆過程；
狀態函數。
我們希望把量子力學的知識應用於一個巨觀系統，也就是包含大量分子的系統。
由於不可能逐一處理這類系統中每個分子的力學運動與電子激發細節，因此必須對動力學狀態或量子態進行平均。這些平均值的計算，就稱為統計力學。
第三部 動力學
氣體動力論利用原子與分子的簡單模型，計算某些氣相過程的速率。
對於非相互作用的氣體分子，分子速率的機率分布與平均速率取決於：
分子質量；
溫度。
對剛性球形分子所構成的氣體，可以計算：
碰撞頻率；
黏度；
擴散；
熱傳導。
然而，真實氣體的行為要複雜得多，原因仍然是分子間相互作用。
預測化學反應速率更加困難，因此本部分首先討論氣相反應的實驗研究，以及如何利用這些實驗資料推導反應機構。
接著轉向化學動力學，以了解過渡態所扮演的角色；再討論光化學，研究分子吸收光子之後可能發生的各種過程。
本部分最後一章處理液相反應動力學。
研究下列性質，可以獲得有助於理解液相反應速率的資訊：
黏度；
擴散；
離子的電輸運。
鬆弛方法適合研究液相中的快速反應。
擴散控制反應理論則能夠給出雙分子反應速率常數的上限。
這些內容有助於進一步理解：
酸鹼催化；
酵素催化；
電化學反應速率。
第四部 巨觀與微觀結構
本書第二與第三部分主要討論小分子的性質與動力學。
現在我們把注意力轉向：
高分子；
分子的電性與磁性；
固態化學；
表面動力學。
高分子一章討論高聚物、蛋白質、核酸及其他高分子，其莫耳質量約介於10的4次方至10的6次方
g/mol或更高。
這些物質會形成黏稠溶液，因此黏度的測量可以提供溶液中分子大小與形狀的資訊。
更多資訊還可以從下列實驗取得：
擴散；
超高速離心；
光散射。
我們已經看到，電磁輻射中的電場與磁場負責引發各種相互作用，使光譜學能夠提供大量分子資訊。
現在則要進一步研究這些場對物質整體性質的影響。
電場與磁場的效應在處理方式上有相似之處，但也存在重要差異。
固體的結構資訊主要利用 X 射線繞射取得。
若先辨識晶體內部可能具有的各類對稱性，分析過程便會大幅簡化。
由於這種方法可以求得個別原子的位置，因此能夠有力地決定：
原子間距離；
原子間夾角。
最後一章討論固體與氣體界面上所發生過程的平衡與動力學。
當分子撞擊固體表面時，可能：
發生彈性反彈；
發生非彈性反彈；
被表面吸附。
被吸附的分子可能：
在表面解離；
與表面上的其他物種反應；
從表面脫附。
固體表面的催化反應具有極大的實際重要性。
多種「表面敏感型」實驗方法的發展，使研究界面上的過程成為可能，例如：
低能電子繞射；
表面電子發射；
掃描穿隧顯微鏡。
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本書的內容可依物理化學的四大理論象限重新劃分為：化學熱力學、分子量子力學與光譜學、化學動力學，以及統計力學。其中，原書第四部「巨觀與微觀結構」所討論的高分子、分子的電磁性、固態化學與表面系統，可視為統計力學在複雜物質、凝態物質及界面科學中的具體應用。這四個象限分別描述物質的巨觀平衡、微觀量子結構、時間演化，以及微觀狀態與巨觀性質之間的統計連結。
| 象限 | 核心問題 | 對應章節 |
|---|---|---|
| 化學熱力學 | 巨觀平衡狀態、能量轉換與自發方向 | 第 1～8 章 |
| 分子量子力學與光譜學 | 原子與分子的量子態、電子結構及光譜躍遷 | 第 9～15 章 |
| 化學動力學 | 化學與物理過程如何隨時間演化、反應有多快 | 第 17～20 章 |
| 統計力學 | 如何由微觀狀態與統計分布建立巨觀物性 | 第 16、21～24 章 |
其中：
第 16 章是統計力學的理論基礎；
第 21～24 章則是統計力學在高分子、分子電磁性、固體與表面系統中的延伸與應用。
因此，原書第四部「巨觀與微觀結構」可以併入統計力學象限，形成：
統計力學：從微觀分子狀態到高分子、凝態物質與表面系統的巨觀性質。
若用兩條概念軸來看，這四個象限會更清楚：
分子量子力學⟶微觀能階與分子性質
統計力學⟶微觀狀態的機率分布與平均
化學熱力學⟶巨觀平衡性質
化學動力學⟶微觀狀態與機率分布隨時間的演化
熱力學告訴我們反應最終會走向何處；統計力學說明為什麼會形成那個平衡；化學動力學則描述系統以多快、沿著何種途徑抵達那裡。
