内容简介
《物理化学(第二版)/高等学校教材》是在第一版的基础上,结合物理化学学科的发展和教学实践修订而成的。着重阐述物理化学的基本概念、基本原理和方法,并适当介绍物理化学学科的新进展。
《物理化学(第二版)/高等学校教材》共分十章:统计热力学基础、热力学定律及应用、热力学第二定律、热力学在多组分系统中的应用、相平衡、化学平衡、化学动力学基础、基元反应速率理论与几种特殊反应的动力学、电化学、界面现象与胶体分散系统。每章前附有基本内容与要求,每章末给出参考读物、思考题及习题。
《物理化学(第二版)/高等学校教材》可作为综合性大学、高等师范院校化学类、近化学类各专业的物理化学课程教材,也可供工科院校相关专业使用,以及有关科研和工程技术人员参考。
内页插图
目录
绪论
0-1 物理化学研究的对象及方法
1.化学变化的方向和限度
2.化学反应的速率与机理
3.物质的性质与其结构之间的关系
4.宏观与微观的联系
0-2 物理化学的作用
0-3 物理化学的学习方法
1.注重逻辑推理思维方法的训练
2.着重理解基本概念
3.注意公式的物理意义和使用条件
4.重视演算习题
第一章 统计热力学基础
1-1 引言
1.统计力学的目的和研究方法
2.统计系统的分类
3.本章学习的内容
1-2 微观运动状态的描述
1.单粒子微观运动状态的描述
2.系统的微观运动状态的描述
1-3 分子的运动形式与能级公式
1.分子的运动形式
2.能级公式
1-4 统计力学的基本假设
1.等概率原理
2.宏观量是微观量的平均值原理
1-5 能级分布及其相应的微观状态数
1.能级分布
2.独立可别粒子系某种能级分布的微观状态数Wp
3.独立可别粒子系总微观状态数n
4.独立等同粒子系能级分布的微观状态数
——等同性修正
1-6 玻耳兹曼分布定律
1.最概然分布及其微观状态数w
*2.最概然分布的确定
——拉格朗日未定乘子法
3.玻耳兹曼分布公式
4.玻耳兹曼分布公式的讨论
5.玻耳兹曼分布公式的各种表达形式
1-7 最概然分布与平衡分布
1.最概然分布就是平衡分布
*2.最概然分布的概率→1
1-8 单粒子的配分函数及其求算
1.配分函数
2.配分函数的求算
*1-9 系综原理简介
1.微正则系综
2.正则系综
3.巨正则系综
参考读物
思考题
习题
第二章 热力学第一定律及应用
2-1 热力学概述
2-2 热力学的基本概念与热力学
第零定律
1.系统与环境
2.状态与性质
3.过程与途径
4.热力学第零定律与温度
2-3 热量与功
1.热量
2.功
3.可逆过程
2-4 热力学第一定律
1.能量守恒与转化定律
2.热力学能
3.热力学第一定律
4.热力学第一定律应用于等容、等压过程,焓
5.Cp与Cv的关系
2-5 热力学第一定律对理想气体系统的应用
1.自由膨胀——焦耳实验
2.关于焦耳定律的说明
3.绝热过程
4.多方过程
2-6 热力学第一定律对实际气体的应用
焦耳一汤姆逊效应——节流膨胀
2-7 热力学第一定律的统计解释
2-8 热力学第一定律对化学
反应的应用——热化学
1.化学反应的热效应
2.热化学方程式的写法
3.赫斯定律
4.热效应的计算
5.热效应与温度的关系——基尔霍夫公式
6.热效应与压力的关系
7.非等温反应热量的求算
8.溶液中离子反应热效应的计算
9.溶解热与稀释热
2-9 敞开系统的热力学第一定律
参考读物
思考题
习题
第三章 热力学第二定律
3-1 卡诺循环
1.热机及效率
2.卡诺循环、卡诺定理
3-2 热力学第二定律的经典表述
1.开尔文说法(1851年)
2.克劳修斯说法(1854年)
3-3 熵的概念热力学第二定律的表达式
1.宏观变化过程的不可逆性
2.热温商与熵函数
3.克劳修斯不等式与熵增加原理
4.熵产生原理简介
3-4 熵变的计算
1.简单状态变化
2.相变化的熵变
3.化学反应的熵变
3-5 熵的物理意义
1.熵是系统混乱程度的度量
2.玻耳兹曼熵公式
3.影响熵的因素
3-6 亥姆霍兹自由能与吉布斯自由能
1.亥姆霍兹自由能(A)
2.吉布斯自由能(G)
3.变化方向与限度的热力学判据
4.总熵判据与其他热力学判据的关系
3-7 热力学基本关系式
1.热力学基本方程
2.对应系数关系式
3.麦克斯韦关系式
3-8 △G的求算
1.简单状态变化
2.相变化
3.化学变化
3-9 热力学量的统计表达式及与微观结构参数的关系
1.独立子非定位系统
2.独立子定位系统
3.残余熵
……
第四章 热力学在多组分系统中的应用
第五章 相平衡
第六章 化学平衡
第七章 化学动力学基础
第八章 基元反应速率理论与几种特殊反应的动力学
第九章 电化学
第十章 界面现象与胶体分散系统
附录
索引(中英文对照)
主要参考书目
前言/序言
第一版问世至今已有五年。在此期间,物理化学学科的发展使我们对一些重要的基本内容有了新的认识与体会,这是我们对本书进行修订的主要依据。全书的整体框架及章节安排基本上没有变动,只是对章节的内容做了适当的删节与补充。与第一版相比,篇幅略有减少。此次修订主要针对以下几方面:
1.对一些基本问题提出了新的看法与观点,主要体现在热力学部分。例如,从热力学第一定律的适用条件出发,提出光化学反应不遵守此定律,但服从能量守恒原理;用热力学第二定律的判据审视光化学反应时,提出光化学反应不存在平衡的观点;根据热力学公式的一致性提出用总熵判据也可判断自发;从吉布斯自由能判据的内涵进行演绎可推断出自发变化的新判据;基于热力学公式的相关性和自洽性,提出界面相系统热力学基本方程的正确表达式,并得出内功(即化学功)是变化过程不可逆性度量的结论等。
2.保留原有跟踪时代新内容的同时,增加一些物理化学学科中较活跃的新知识。如“不对称催化”“纳米粒子”等;基于大分子溶液涉及物理化学的知识较多,特增设了大分子溶液一节。
3.个别小节前加了“*”号标记,以示所属内容(其中有些属于基本内容)对学生不做基本要求,只作为课外阅读的拓展知识。教师讲授时可根据学时和专业特点加以取舍。
4.考虑到演算习题对学习物理化学的重要性,本次修订对第一版习题进行了精选。保留了基本的、典型的、综合性的题目,删除一些类型重复和演算之后收效不大的题目,补充了少量新的综合性题目,每章习题总量有所减少。与本书配套使用的《物理化学题解》(第二版)(高等教育出版社)也将同时出版。
5.对每章之后的参考读物进行了删减,并适当补充了近期发表的论文与出版的著作。
本书第二版仍由杨永华执笔主编。杨桦、郭玉鹏、夏宝辉等参加了许多与编写有关的工作。
值此第二版出版之际,衷心感谢高等教育出版社鲍浩波编辑、曹瑛编辑、李颖编辑等,他们为保证本书出版的质量付出了辛勤的劳动。
限于编者水平,书中难免存在疏漏和错误之处,恳请读者批评指正。
好的,这是一本关于《现代材料科学导论》的图书简介。 --- 现代材料科学导论 作者: 张伟 教授,李明 博士 出版社: 科学技术出版社 版次: 第一版 页数: 约680页 定价: 98.00元 内容简介 《现代材料科学导论》旨在为材料科学、化学工程、物理学以及相关交叉学科的本科生和研究生提供一个全面而深入的视角,理解材料的结构、性能、加工以及应用之间的内在联系。本书立足于基础科学原理,特别是热力学、统计力学和量子力学,系统地阐述了经典材料(如金属、陶瓷、聚合物)以及新兴功能材料的特性及其设计理念。 本书的结构设计兼顾了理论深度与工程应用广度,共分为十二章,逻辑清晰,层层递进。 第一部分:材料科学基础(第1章至第3章) 第1章:材料科学概论与原子结构 本章首先界定了材料科学的研究范畴及其在现代工程中的核心地位。重点讨论了材料的分类体系,包括传统分类法与基于性能的现代分类法。深入剖析了原子尺度上的结构——电子的轨道、键合类型(离子键、共价键、金属键和范德华力)如何决定材料宏观性质的起点。引入了晶体学的基础知识,如晶胞、布拉维点阵,以及晶体结构对机械性能的初步影响。 第2章:晶体结构与缺陷 详细阐述了常见金属(如面心立方FCC、体心立方BCC)和陶瓷(如氯化钠结构、金刚石结构)的晶体结构。重点聚焦于材料中的“不完美”——晶体缺陷。系统分析了点缺陷(空位、间隙原子、取代原子)、线缺陷(位错)和面缺陷(晶界、孪晶界)的形成、几何描述及对材料性能的显著影响。特别是对位错运动与塑性变形机制的深入探讨,为后续理解材料强度奠定了基础。 第3章:材料的热力学与动力学 本章是连接微观结构与宏观行为的关键。从热力学基本定律出发,探讨了材料体系的相平衡问题,引入了吉布斯相律、化学势的概念。利用相图(如二元合金相图)解释合金的凝固过程和微观组织演化。在动力学方面,详细介绍了扩散理论,包括Fick定律和阿伦尼乌斯关系,解释了原子在固态下迁移的机制,这是理解材料时效、蠕变和烧结过程的理论基础。 第二部分:结构与性能(第4章至第7章) 第4章:金属材料 本章聚焦于工程中最主要的结构材料——金属及其合金。深入探讨了纯金属的形变机制,包括加工硬化、再结晶和晶粒长大。重点解析了钢铁材料的相变(如奥氏体分解),介绍了碳钢、不锈钢和铝合金等关键合金体系的设计原理和热处理工艺(退火、正火、淬火和回火),以及这些处理如何调控强度、韧性和硬度之间的权衡关系。 第5章:陶瓷材料 陶瓷材料的特点在于其离子和共价键的强结合特性。本章首先讨论了陶瓷的离子堆积规律和化学计量学,解释了氧化物、碳化物和氮化物等典型陶瓷的结构特点。着重分析了陶瓷的脆性断裂机制(Griffith裂纹理论)及其抗热震性。同时,介绍了先进陶瓷(如压电陶瓷、结构陶瓷)的制备技术和高温应用挑战。 第6章:聚合物材料 聚合物因其独特的长链结构而展现出极大的设计灵活性。本章阐述了高分子的基本概念(分子量、分子量分布),重点分析了线型、支化和交联聚合物的结构差异。讨论了玻璃化转变温度(Tg)和熔点(Tm)对聚合物粘弹行为的影响,这是理解其加工成型和长期服役性能的关键。介绍了常见的加成聚合、缩聚反应以及聚合物的增强改性技术。 第7章:复合材料 复合材料是实现材料性能“定制化”的重要途径。本章从微观尺度解析了纤维增强和粒子增强复合材料的力学行为。详细讨论了界面在载荷传递中的作用,并引入了混合律模型及其局限性。对金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料的特点进行了比较分析,并展望了纳米增强复合材料的发展前沿。 第三部分:功能材料与先进技术(第8章至第12章) 第8章:电子与电磁性能 本章转向材料的功能性应用。从能带理论出发,系统分类了导体、半导体和绝缘体。在半导体部分,深入分析了本征与杂质半导体的导电机制(空穴和电子迁移率),并介绍了PN结的形成及其在二极管和晶体管中的应用原理。同时,探讨了铁磁性、抗磁性和顺磁性的微观起源,并介绍了磁记录材料。 第9章:光学与光电子材料 本章关注材料与光的相互作用。讨论了光的吸收、发射和散射机制,包括荧光和磷光现象。重点介绍了用于光通信和光存储的材料,如光纤材料的损耗机理,以及激光材料的发光过程。探讨了光电导效应在光伏电池和光电探测器中的应用。 第10章:材料的加工与成型 材料的最终性能与其制备工艺密不可分。本章系统介绍了金属和陶瓷的铸造、塑性加工(轧制、锻造)方法。在粉末冶金部分,详细讲解了粉末的制备、成型、烧结过程及其对最终密度的影响。针对聚合物,讨论了注塑、挤出和吹塑等重要的热成型技术,强调了工艺参数对手性、结晶度和残余应力的控制。 第11章:材料的性能表征技术 科学研究依赖于精确的表征手段。本章概述了现代材料分析的核心技术。包括:结构分析(X射线衍射XRD、透射电子显微镜TEM/SEM),化学成分分析(能谱EDS、X射线光电子能谱XPS),以及性能测试(拉伸试验、硬度测试、动态力学分析DMA)。重点讲解了如何从实验数据中推断出材料的微观结构特征。 第12章:材料的失效分析与可持续性 本章探讨了材料在使用过程中面临的挑战。详细分析了疲劳、蠕变、应力腐蚀开裂等主要的失效模式,并介绍了断口分析在失效诊断中的应用。最后,引出了材料科学面临的重大社会责任——可持续性。讨论了材料的回收、生物降解材料的开发以及绿色制备工艺的发展方向。 本书特色: 图文并茂: 包含大量高质量的微观结构图、相图和流程图,加深读者对复杂概念的理解。 注重联系: 始终强调“结构决定性能,性能指导应用”的核心思想。 案例分析: 每章末尾附有与工程实际紧密结合的案例分析,启发创新思维。 本书是材料科学领域不可或缺的参考教材,适合作为高等院校相关专业的教材使用,也可供从事材料研发和生产的工程师参考阅读。