物理化学教程 / 基础学科系列“101计划”教材
作者: 彭笑刚
出版社:高等教育出版社
“101计划”核心教材
- 高等教育出版社
- 9787040649369
- 1版
- 47262551-6
- 16开
- 理学
- 化学类
- 化学类
- 本科
本书为化学“101计划”核心教材,旨在总结过去100多年物理化学的突破性进展,兼顾经典理论与新的学科发展,力争系统、定量、与实验紧密结合。全书分上、中、下三篇,共18章。
上篇(第一至六章)为基本理论,旨在建立超多分子系统理论框架。第一章从分析相互作用标度入手,引入能量,并介绍原子、分子的能量量子化。第二章探索量子统计热力学基本思路,定义熵与温度,完成超多分子系统理论三个基石性变量的引入。第三章建立正交量子自由度的统计热力学方法,基于不同类型自由度的能级结构构建基态能、热能和熵计算方法。第四章分析宏观热现象,探讨以热力学第一定律为基础的热力学的实质与意义。第五章建立可逆过程和宏观平衡态概念,热力学第二定律的平衡态表述及两种互补的定量表达。第六章建立可逆过程热力学,在宏观外源自由度之外引入内禀自由度,为化学热力学做准备。
中篇(第七至十二章)以溶液为中心建立分子物质观。第七章以上篇建立的理论框架为依托,重新审视分子间相互作用。第八章讨论纯态超多分子系统的热力学性质,以气态性质为参考系,全面描写纯液态的性质。第九章和第十章讨论溶液的形成、基本性质、溶液与多相混合物,建立溶液的基本函数(活度系数)。第十一章和第十二章集中讨论表面与胶体,力图建立与整个超多分子系统理论框架一致的表面化学图像。
下篇(第十三至十八章)研讨化学变化。第十三章从化学热力学平衡开始,利用平衡态热力学讨论化学变化的极限水平,讨论分子在不同稳定电子态上分布与浓度化学平衡常数的同质性。第十四章向非平衡态热力学过渡,建立线性非平衡态热力学基本方程,研究超多分子系统(特别是溶液)中输运过程。第十五章和第十六章利用热力学第二定律不等式引入时间之矢,在局域非平衡态理论基础上建立化学动力学框架。第十七章和第十八章反映21世纪人类对能源的特殊兴趣,以上面所建立的超多分子系统理论框架研讨两个能源化学主要课题,即电化学与光化学。
本书可作为高等学校理工类专业(特别是化学、材料、高分子、环境、化工等)物理化学课程教材,也可供相关专业研究生、科研人员参考使用。
前辅文
物理化学导论
1.化学:地球生态圈的中心科学
1.1 地球生态圈物质相互作用特点与现代物质观
1.2 自然资源、人类行为与化学
2.物理化学:分子物质观理论框架
2.1 物理化学与现代物质观
2.2 我国物理化学课程体系
2.3 《物理化学教程》基本思路
3.《物理化学教程》主要更新
上篇 分子物质观基本理论
第一章 能量与能量量子化
1.本章提要
2.能量
2.1 能量与科学框架
2.1.1 化学作为科学的一级学科
2.1.2 相互作用的标度
2.1.3 从力到能量
2.2 能量守恒与能量概念的内涵
2.2.1 机械能守恒
2.2.2 超出质点的物体与内能
2.2.3 基态能与热能
3.原子、分子与能量量子化
3.1 原子-分子图像
3.1.1 原子、离子、分子
3.1.2 分子与化学键
3.2 能量量子化
3.2.1 键合原子的量子化自由度
3.2.2 分子平动自由度的量子化能级
3.2.3 分子转动自由度的量子化能级
3.2.4 分子振动自由度的量子化能级
3.2.5 电子自由度与电子能级
4.分子各种运动的独立性和耦合性
4.1 分子运动的独立性和能量叠加
4.1.1 分子运动的独立性
4.1.2 分子运动的叠加
4.2 分子运动的耦合性
4.2.1 分子运动耦合的重要意义
4.2.2 单个分子激发态能量耗散过程与运动耦合
4.2.3 分子的能量累积与运动耦合
第二章 从单分子到超多分子:熵与温度
1.本章提要
2.统计热力学基本思想
2.1 统计热力学起源
2.2 统计热力学基本模型
2.2.1 宏观状态与微观量子结构
2.2.2 宏观平衡态的唯一性
2.2.3 微观结构变换与分子相互作用的实验验证
2.3 统计热力学基本假定
2.3.1 权重
2.3.2 统计热力学基本假定
2.3.3 权重与概率
3.超多分子系统的熵
3.1 权重计算
3.1.1 排列组合复习
3.1.2 合金单晶中一个给定宏观状态的微观结构数
3.2 最概然分布
3.2.1 超多分子系统的最概然分布
3.2.2 涨落与统计误差
3.3 熵
3.3.1 熵的统计热力学定义
3.3.2 熵增加原理(热力学第二定律)
4.温度——熵增加难易度
4.1 系统熵与内能
4.1.1 熵增加的源头
4.1.2 熵增加难易度
4.2 温度
4.2.1 温度定义
4.2.2 热平衡(热力学第零定律)
4.2.3 热平衡态实质
5.玻尔兹曼分布
5.1 玻尔兹曼分布函数
5.1.1 玻尔兹曼因子
5.1.2 玻尔兹曼分布
5.2 玻尔兹曼分布的基本性质
5.2.1 指数分布与配分函数
5.2.2 熵和温度的极小值(热力学第三定律)
*5.2.3 粒子数反转态与激光
6.浓度的统计热力学基础及浓度定律
6.1 分子在容器中分布与浓度
6.1.1 气体中分子的分布
6.1.2 纯物质液体中分子的分布
6.1.3 溶液中溶质分子的分布和浓度
6.2 非均匀外势场对浓度的影响
6.2.1 重力势场对浓度的影响
6.2.2 离心力场与离心机原理
6.3 浓度定律
6.3.1 浓度定律
*6.3.2 浓度定律与浮力定律
第三章 分子性质与宏观可观测量
1.本章提要
2.不同量子自由度的配分函数
2.1 分子运动独立性与配分函数乘积性
2.1.1 量子统计热力学的配分函数
2.1.2 正交量子自由度的配分函数
2.2 分子内原子核运动量子自由度的配分函数
2.2.1 分子平动自由度的配分函数
2.2.2 分子转动自由度的配分函数
2.2.3 分子振动自由度的配分函数
2.3 分子电子自由度的配分函数与总配分函数
2.3.1 分子的电子配分函数
2.3.2 分子总配分函数
3.配分函数与宏观可观测量(1):内能
3.1 系统总能量(内能)
3.1.1 系统平衡态的能量
3.1.2 配分函数与系统平衡态内能
3.1.3 热能
3.2 不同类型量子自由度的热能
3.2.1 平动自由度的热能
3.2.2 转动自由度的热能
3.2.3 振动自由度的热能
3.2.4 电子热能
3.3 能量最低原理与能级准入标度
3.3.1 能量最低原理的局限
3.3.2 “kT”和“RT”作为分子能级准入标度
4.配分函数与宏观可观测量(2):熵
4.1 从配分函数到系统熵
4.1.1 配分函数与系统平衡态的熵
4.1.2 定域子系统的熵
4.1.3 离域子系统的熵
4.1.4 一个量子自由度的熵
4.2 不同类型量子自由度的熵
4.2.1 平动自由度熵
4.2.2 转动自由度熵
4.2.3 振动自由度熵
4.2.4 电子熵
5.量子统计热力学小结
第四章 热现象与热力学
1.本章提要
2.热现象
2.1 伽利略与物理学视角:温度
2.1.1 热现象早期研究
2.1.2 线性温标与百分温标
2.1.3 理想气体状态方程与绝对温标
2.2 拉瓦锡与化学视角:热质-热能
2.2.1 热现象与物质结构
2.2.2 热质
2.2.3 热质的实在性
2.2.4 热质、内能与热能
2.3 热功当量:热与能
2.3.1 热功当量
2.3.2 热
3.热力学基础
3.1 热力学的历史沿革
3.1.1 热力学与热机
3.1.2 热力学的非化学特征
3.2 热力学方法的特殊性
3.2.1 系统与环境
3.2.2 状态函数特性
3.3 热力学的定量基础
3.3.1 热力学第一定律
*3.3.2 传热与做功的区别:宏观图像
3.3.3 传热与做功的区别:微观图像
*3.3.4 光吸收是做功还是传热?
3.3.5 热与热能
4.封闭系统的体积功
4.1 封闭系统功计算一般方法
4.1.1 功的一般计算公式,机械功与非机械功
*4.1.2 定容过程的功
*4.1.3 等外压过程的功
4.2 可逆功
4.2.1 可逆过程与极值功
*4.2.2 P外-V图与功
4.2.3 理想气体可逆功
5.热量计算:热容和焓
5.1 定容过程的热量和定容热容
5.1.1 定容热量
5.1.2 系统基本变量
5.1.3 定容热容
5.1.4 理想气体的定容热容与定容热量
5.2 定压热量,定压热容,焓
5.2.1 定压热量
5.2.2 焓
5.2.3 定压热容
5.2.4 qV和qP、U和H的关系
5.2.5 CP和CV
5.3 理想气体绝热过程
5.3.1 理想气体绝热过程热力学
5.3.2 理想气体绝热过程的量子统计热力学
第五章 可逆过程热力学与热力学第二定律
1.本章提要
2.自发过程与平衡态,可逆与不可逆过程
2.1 自发过程与平衡态
2.1.1 经典力学的自发过程——力学平衡态
2.1.2 自发传热过程——热平衡态
2.1.3 自发化学过程——广义化学平衡态
2.2 平衡态的定义与表征
2.2.1 平衡态的定义
2.2.2 平衡态的表征
2.3 可逆过程热力学
2.3.1 可逆和不可逆传热过程
2.3.2 可逆和不可逆做功过程
2.3.3 可逆过程热力学
3.热力学第二定律与熵
3.1 热力学第二定律
3.1.1 热力学第二定律的必要性
3.1.2 热力学第二定律传统表述
3.1.3 热力学第二定律的平衡态表述
3.1.4 热力学第二定律平衡态表述的化学意义:勒夏特列-布农原理
3.2 宏观熵定义与热力学第二定律的定量表述
3.2.1 孤立系统的热力学第二定律与熵
3.2.2 熵的定量标度
3.2.3 熵作为平衡态判据
*3.2.4 证明式(5-7)定义的熵是状态函数
4.状态熵与过程熵变计算
4.1 典型过程的熵变与自发性判断
4.1.1 封闭系统内组成不变、非体积功为零的等容过程
4.1.2 组成不变封闭系统的等压过程(非机械功为零)
4.1.3 绝热过程(封闭系统)
4.1.4 组成不变封闭系统、非机械功等于零过程
4.2 力过程与热过程的熵变分析
4.2.1 力过程自发方向与力平衡
4.2.2 传热过程的方向与热平衡
4.3 热力学第三定律与规定熵
4.3.1 热力学第三定律
4.3.2 规定熵
5.摩尔数可变系统自发过程的热力学判据
5.1 定温定容过程的自发性判据与亥姆霍兹自由能
5.1.1 非机械功为零封闭系统定温定容过程的自发性判据
5.1.2 亥姆霍兹自由能的物理化学意义
5.1.3 能量最低原理的热力学基础
5.2 定温定压过程的自发性判据与吉布斯自由能
5.2.1 封闭系统中定温定压过程的自发性判据
5.2.2 吉布斯自由能的物理化学意义
5.3 广义化学平衡条件
5.3.1 定温定压对超多分子化学系统的特殊意义
5.3.2 定温定压条件下广义化学平衡条件
第六章 可逆过程热力学基本框架
1.本章提要
2.组分不变系统的热力学基本状态函数
2.1 相互作用与平衡分类
2.1.1 环境-系统相互作用自由度与基本广度性质
2.1.2 环境-系统相互作用平衡与基本强度性质
2.2 封闭系统基本状态函数(基本变量)
2.2.1 封闭系统的共轭基本变量组
2.2.2 封闭系统任意状态的独立变量数
2.2.3 封闭系统任意摩尔数不变过程的独立变量数
3.经典可逆过程热力学基本方程
3.1 能量类函数与变量方程
3.1.1 热力学基本过程与能量类函数
3.1.2 内能微分的基本状态函数表达——经典热力学基本方程
3.1.3 其他能量类函数变量方程
3.2 麦克斯韦方程
3.2.1 麦克斯韦方程
3.2.2 热力学基本方程及相关公式应用:压强、力与熵
3.2.3 热力学基本方程及相关公式应用:理想气体内能与焓
4.组分摩尔数可变系统——化学热力学入门
4.1 化学势
4.1.1 化学势的引入
4.1.2 与化学势相关的麦克斯韦方程
4.2 开放系统:组分可变系统的简单模型
4.2.1 开放系统
4.2.2 气体化学势与压强,标准态
4.2.3 开放系统的热力学分析
4.3 封闭系统热力学基本方程与热力学
4.3.1 非机械功等于零的情况
4.3.2 非机械功不等于零的情况
5.宏观图像与微观图像合流
5.1 经典热力学与量子统计热力学的底层关系
5.1.1 基石性概念:能量与正交自由度
5.1.2 基石性概念:温度与熵
5.2 配分函数与热力学状态函数
5.2.1 最概然分布、平衡态与可逆过程的准平衡态
5.2.2 从配分函数到宏观可观测量
6.科学大框架中的热力学
中篇 超多分子系统物质结构
第七章 分子间相互作用
1.本章提要
2.分子间相互作用研究:历史、现状与策略
2.1 分子间相互作用概论
2.1.1 分子间相互作用的重要意义
2.1.2 分子间相互作用图像的演化
2.1.3 分子间相互作用与化学键
2.2 分子间相互作用与自由度追踪
2.2.1 量子统计热力学与自由度演化
2.2.2 分子整体自由度(自由平动和自由转动)演化
2.2.3 分子内振动自由度演化
2.3 分子间相互作用标度
2.3.1 分子-分子电磁相互作用与电子基态能
2.3.2 分子集体振动自由度的热能与熵
2.3.3 分子间相互作用的实验标度
3.分子间相互作用能(1):电磁相互作用
3.1 分子电偶极矩与静电相互作用能
3.1.1 点电荷间相互作用
3.1.2 偶极矩与偶极相互作用
3.1.3 偶极吸引与排斥相互作用能的双分子模型
3.1.4 溶液中分子集体振动势阱
3.1.5 多极矩
3.2 分子电子极化率
3.2.1 电子极化率与诱导偶极
3.2.2 分子瞬间偶极与电子云变形性
3.3 作为介质的分子集合体电磁相互作用性质
3.3.1 介质的分子间相互作用的重要性
3.3.2 介质的静电介电常数
3.3.3 介质的折射率与光频介电常数
3.4 分子间相互作用频率特征与频率匹配
3.4.1 分子间相互作用第一选律
3.4.2 分子永久偶极矩与低频相互作用
3.4.3 分子结构与分子电子云变形性
3.4.4 电子云变形性与超高频相互作用在选律中的决定性意义
4.分子间相互作用能(2):分子结构与相态
4.1 分子集体振动与分子间相互作用能
4.1.1 分子集体振动典型频率特征
4.1.2 分子集体振动基态能
4.1.3 分子集体振动热能及分子间相互作用热能
4.2 分子间相互作用能分类研究
4.2.1 离子-离子静电相互作用能
4.2.2 离子-永久偶极相互作用能
4.2.3 永久偶极-永久偶极相互作用与氟原子效应
4.2.4 氢键与分子电子极化率
4.2.5 分子间瞬间偶极相互作用能
5.分子间相互作用熵
5.1 分子间相互作用熵标度方法
5.1.1 气态分子相互作用熵设为零
5.1.2 液态中分子相互作用熵
5.1.3 固态中分子相互作用熵
5.2 分子结构与分子间相互作用熵
5.2.1 单原子分子
5.2.2 直链柔性分子
5.2.3 不同构型的柔性分子
第八章 纯物质体相性质
1.本章提要
2.纯物质的气态
2.1 从日常经验到经典理想气体模型
2.1.1 日常经验中的气体
2.1.2 理想气体模型
2.1.3 气体分子运动论
2.2 实际气体简述
2.2.1 范德华气体状态方程
2.2.2 位力气体状态方程
2.2.3 超高压强下的气体与临界现象
2.3 气体的量子统计热力学
2.3.1 从配分函数到理想气体状态方程
2.3.2 气体摩尔热容
2.3.3 气体摩尔熵
2.3.4 气体化学势与实际气体
3.纯物质相变的可逆过程热力学
3.1 相变的可逆过程热力学
3.1.1 相平衡与相平衡条件
3.1.2 相变自发方向
3.1.3 可逆相变热力学参量
3.2 纯物质相图
3.2.1 相图实例及图析
3.2.2 相图中各相区相对位置
3.2.3 相图边界线斜率
3.3 沸点、熔点与临界点
3.3.1 标准沸点与分子结构
3.3.2 标准熔点与分子结构
*3.3.3 临界温度与超临界流体
4.纯物质的凝聚态
4.1 凝聚态纯物质的化学势
4.1.1 纯物质液态的化学势
4.1.2 纯物质固态的化学势
4.2 液态的量子统计热力学性质
4.2.1 液态定压热容与自由度转化
4.2.2 液态标准定压热容与分子间相互作用基态能
4.2.3 液态单位体积比热
4.2.4 液态熵补偿
4.2.5 惰性介质对化学反应强烈影响的直接证据
4.2.6 液态体积
4.3 固态的量子统计热力学性质简论
4.3.1 固态分子图像
4.3.2 固态定压热容
4.3.3 固态熵
第九章 溶液的基本性质
1.本章提要
2.理想气体混合物
2.1 道尔顿分压定律的分子图像
2.1.1 道尔顿分压定律
2.1.2 道尔顿分压定律的微观解释
2.1.3 气体混合过程的热力学动因
2.2 理想气体混合热力学函数
2.2.1 混合理想气体给定组分的化学势
2.2.2 定温定压过程理想气体混合吉布斯自由能
2.2.3 理想气体混合原理
3.理想溶液
3.1 理想溶液模型
3.1.1 从理想气体混合物模型到理想溶液模型
3.1.2 理想溶液模型的量子统计热力学
3.2 理想溶液中各组分化学势
3.2.1 化学势计算公式
3.2.2 理想溶液饱和蒸气压
3.2.3 理想溶液饱和蒸气压的实验验证
*3.2.4 理想溶液的等价关系
4.混合物广度性质
4.1 偏摩尔量与广度性质
4.1.1 混合物广度性质
4.1.2 广度性质与偏摩尔量
4.1.3 广度性质加和性
4.2 偏摩尔量性质
4.2.1 混合物偏摩尔量与纯态摩尔量
4.2.2 混合物偏摩尔量的相依性
5.实际溶液(1):非理想溶液模型
5.1 非理想溶液普遍性
5.1.1 溶液非理想性的实验证据
5.1.2 非理想溶液的分子图像
5.2 相互作用不匹配非理想溶液与纳米簇模型
5.2.1 非理想溶液的纳米簇效应
5.2.2 溶液纳米簇结构的实验证据
5.2.3 结构稳定的一维纳米簇与“疏水键力”
5.3 非理想混合熵主导的非理想溶液
5.3.1 非理想混合熵主导的非理想溶液与传统模型
5.3.2 非理想混合熵主导的非理想溶液实例分析
5.4 溶液再定义
6.实际溶液(2):溶液活度
6.1 浓度的实质与局限性
6.1.1 浓度对理想溶液的意义
6.1.2 热力学浓度的普适性与局限性
6.2 活度与活度系数
6.2.1 活度和活度系数定义
6.2.2 活度与化学势
*6.2.3 活度和活度系数合理性的实验验证
7.实际溶液(3):从活度系数到溶液性质
7.1 活度与混合吉布斯自由能、混合焓、混合熵
7.1.1 活度与混合吉布斯自由能
7.1.2 活度系数与混合焓
7.1.3 活度与混合熵
7.2 实际溶液的混合体积以及其他混合广度性质
7.2.1 活度系数与混合体积
7.2.2 活度系数与混合内能、热容
7.3 实际溶液活度与活度系数的进一步讨论
7.3.1 活度系数的唯一性
7.3.2 溶液中给定组分的活度系数与偏摩尔量
7.3.3 活度与活度系数小结
第十章 溶液与多相混合物
1.本章提要
2.混合物相平衡与吉布斯相律
2.1 混合物相平衡与相自由度
2.1.1 混合物相平衡条件
2.1.2 均相混合物的相自由度与相独立基本变量
2.2 混合物多相系统相律
2.2.1 单相混合物独立基本变量
2.2.2 混合物多相系统相律
2.2.3 相自由度与相图
3.混合物相图
3.1 二元混合物的气-液相图与蒸馏
3.1.1 二元近理想溶液气-液平衡的压强-浓度相图
3.1.2 两相平衡区物质量的分配——杠杆规则
3.1.3 二元混合物气-液平衡的温度-浓度相图
3.1.4 溶液蒸馏
3.2 二元混合物的液-液和液-固相图
3.2.1 二元混合物的液-液相图
3.2.2 二元混合物的液-固平衡相图
3.2.3 固溶体(合金)与溶液、气态混合物比较
4.溶解度
4.1 溶解度定义与相平衡
4.1.1 溶解度与溶解平衡
4.1.2 溶解度定义
4.2 固体溶质在液体溶剂中溶解度
4.2.1 固体溶质的溶解度定律
4.2.2 固态溶质溶解平衡的可逆过程热力学
4.2.3 熔融溶质偏摩尔混合吉布斯自由能接近零的溶解度
4.2.4 “熔融溶质组装型”纳米簇溶液的溶解度
4.2.5 “溶剂组装型”纳米簇溶液的溶解度
4.3 气体溶质在液体溶剂中溶解度
4.3.1 气体溶于液体的可逆过程热力学
4.3.2 气态溶质的溶解度定律
4.3.3 气态溶质的溶解度特性
4.4 一种液体在另一种液体中溶解度
4.4.1 液-液系统的溶解度
4.4.2 两种极难混溶液体的溶解度定律
4.4.3 液-液混合系统分类
5.活度系数
5.1 固-液溶液的活度系数
5.1.1 固-液饱和溶液各组分的活度系数
5.1.2 固-液非饱和溶液各组分的活度系数
5.1.3 固-液溶液系统活度系数及溶解度随温度、压强的变化
5.2 液-气溶液与液-液溶液的活度系数
5.2.1 气态溶质在饱和溶液中活度系数
5.2.2 液-液极难互混饱和溶液的活度系数
5.2.3 三组分液-液两相系统溶质活度系数与萃取
5.3 热力学浓度与活度系数总结
第十一章 表面与胶体(1):表面与界面
1.本章提要
2.表面分类
2.1 凝聚态-气态界面
2.1.1 固-气界面
2.1.2 液-气界面
2.1.3 液态重构表面
2.2 凝聚态之间形成的界面
2.2.1 固-固界面
2.2.2 固-液界面
2.2.3 液-液界面
2.3 表面活性剂、表面选择性吸附与单分子膜
2.3.1 表面活性剂
2.3.2 临界胶束浓度与表面活性剂聚集体
2.3.3 表面活性剂在液-气界面选择性吸附与LB膜
2.3.4 固体表面吸附与自组装单分子膜
3.表面定量标度的吉布斯方案
3.1 前吉布斯时期的表面定量研究:表面张力方案
3.1.1 表面张力基本思想
3.1.2 拉普拉斯公式
3.2 表面定量描述的吉布斯方案
3.2.1 从表面的角度考察吉布斯自由能变量方程
3.2.2 吉布斯方案的基本思想
3.2.3 吉布斯方案的定量表达
3.2.4 含表面项的能量类变量方程中的化学势和表面势
4.吉布斯方案的应用
4.1 表面势与表面张力
4.1.1 从吉布斯方案到拉普拉斯公式
*4.1.2 表面张力与表面势的进一步讨论
4.1.3 表面张力与表面势的直接关联
4.2 毛细管现象
4.2.1 毛细管现象的定性分析
*4.2.2 毛细管现象定量分析:传统表面张力模型
4.2.3 毛细管现象的可逆过程热力学模型
*4.2.4 非柱形毛细管
5.固体表面吸附定量研究
5.1 固体表面吸附与表面催化简介
5.1.1 固体表面结构
5.1.2 表面催化
5.2 表面等温吸附
5.2.1 朗缪尔单层吸附模型
5.2.2 非朗缪尔型实验吸附等温线
第十二章 表面与胶体(2):胶体溶液
1.本章提要
2.胶体化学简论
2.1 胶体简介
2.1.1 胶体的一般性讨论
2.1.2 胶体分类
2.2 经典胶体化学
2.2.1 经典胶体化学的产生
2.2.2 溶胶的形成
2.3 现代胶体化学
2.3.1 晶体的体相性质与现代胶体化学
2.3.2 纳米晶性质的尺寸相关性
2.3.3 高质量胶体纳米晶的独特化学意义
2.3.4 高质量胶体纳米晶的合成化学
3.单个纳米尺寸胶体粒子的热力学性质
3.1 相变亚稳态可逆过程热力学
3.1.1 相平衡亚稳态
3.1.2 胶体与相变亚稳态的可逆过程热力学
3.2 不同相态纳米粒子的热力学描述
3.2.1 气相中纳米液滴
3.2.2 小气泡内压强与半径关系
3.2.3 固体纳米颗粒成核
3.2.4 固体纳米粒子尺寸相关的溶解度
3.2.5 奥斯特瓦尔德熟化
4.胶体分散系的系统稳定性
4.1 胶体纳米粒子的聚集倾向
4.1.1 胶体分散系系统稳定性一般性讨论
4.1.2 胶体粒子的聚集倾向
4.2 经典胶团结构与胶体粒子在电解质溶液中的稳定性
4.2.1 电解质溶液中胶体粒子的胶团结构模型
4.2.2 电解质溶液中胶体粒子的电学性质
4.2.3 经典胶体粒子分散系的双电层稳定模型
4.3 纳米晶-配体络合物溶液的热力学
4.3.1 纳米晶多极矩相互作用模型
4.3.2 纳米晶-配体络合物
4.3.3 纳米晶-配体络合物溶液稳定性
下篇 超多分子系统化学变化
第十三章 化学平衡
1.本章提要
2.均相系统的化学平衡
2.1 化学平衡的实验和理论依据
2.1.1 化学平衡的经验基础
2.1.2 化学平衡普遍存在的理论依据
2.2 均相反应吉布斯自由能与化学平衡
2.2.1 均相混合物中化学平衡常数的精确推导
2.2.2 标准反应吉布斯自由能ΔrG°
2.2.3 反应吉布斯自由能与自由能变化
2.2.4 标准生成吉布斯自由能与平衡常数
3.浓度平衡常数与活度系数平衡常数
3.1 活度平衡常数与常见浓度平衡常数
3.1.1 均相溶液活度平衡常数分解
3.1.2 气相反应活度平衡常数分解
3.2 活度系数平衡常数与溶剂效应
3.2.1 活度系数平衡常数实质
3.2.2 生物系统的活度系数平衡常数
3.2.3 水溶液活度系数平衡常数
3.2.4 溶剂效应与活度系数平衡常数
4.化学平衡与多相混合物
4.1 均相混合物中化学平衡
4.1.1 理想气体反应平衡与混合吉布斯自由能
4.1.2 理想溶液中化学平衡与混合吉布斯自由能
4.1.3 非理想溶液化学平衡与偏摩尔混合吉布斯自由能
4.2 非均相系统化学反应热力学
4.2.1 固态多相化学反应:无化学平衡的反应系统
4.2.2 固态与流体的多相化学反应与化学平衡
4.2.3 化学平衡与相平衡
5.平衡常数与量子统计热力学
5.1 平衡常数与极限反应因子
5.1.1 单一反应物生成单一产物化学反应的电子态图像
5.1.2 自由度追踪与极限反应因子
5.2 理想混合物中化学反应因子
5.2.1 均相理想混合物中一种反应物生成一种产物的反应
5.2.2 多种反应物或产物的单步反应
5.2.3 多电子态系统的反应分布函数
5.3 非理想溶液极限反应因子与标准反应熵
5.3.1 非理想溶液的极限反应因子
5.3.2 均相中K=1反应的极限反应因子
5.3.3 极限反应因子与系统熵
5.3.4 化学热力学平衡态是最概然分布
6.化学反应与能量转换
6.1 化学反应焓变及能量变化
6.1.1 反应焓与反应焓变
6.1.2 化学反应内能变化:基态能与热能
6.2 化学平衡与温度、压强的关系
6.2.1 活度平衡常数与温度
6.2.2 浓度平衡常数与温度
6.2.3 化学平衡与压强
第十四章 非平衡态热力学与输运过程
1.本章提要
2.平衡态热力学的局限性
2.1 经验与实验事实对平衡态热力学的挑战
2.1.1 热寂说
2.1.2 化学实验事实对平衡态热力学的挑战
2.2 超多分子系统理论框架检讨:量子统计热力学
2.2.1 需要特征长度的情形
2.2.2 特征时间:宏观时间不可分辨是真的吗?
2.2.3 自由度的特征时间
2.3 超多分子系统理论框架检讨:(宏观)可逆过程热力学
2.3.1 热力学环境的特殊性
2.3.2 “理想环境”的定义
2.3.3 理想环境与等效熵源
2.3.4 “环境熵变”与“熵流”
3.非平衡态与线性非平衡态热力学
3.1 非平衡态与化学
3.1.1 非平衡态在化学过程中的决定性意义
3.1.2 非平衡态热力学需要为化学回答的主要问题
3.2 线性非平衡态热力学
3.2.1 特征长度、特征时间与运动耦合
3.2.2 空间局部平衡态
3.2.3 自发回归平衡态的动力:强度性质的梯度
3.2.4 自发回归平衡态的方式:广度性质的输运
3.2.5 线性非平衡态热力学基本方程:稳态输运
4.能量传递与电荷传递
4.1 能量传递
4.1.1 能量传递过程
4.1.2 热能传导
4.1.3 材料热能传导性能
4.2 电荷传递
4.2.1 电子迁移与欧姆定律
4.2.2 离子在溶液中迁移
4.2.3 离子电导率与离子迁移率
4.2.4 弱电解质溶液解离常数与摩尔电导率
5.溶液流体性质与传质
5.1 溶液流体性质分子模型
5.1.1 溶液中的分子迁移
5.1.2 临界流体的流体力学性质与临界温度
5.1.3 液体黏度与内摩擦阻力
5.1.4 液体热膨胀与温度相关黏度
5.2 化学势梯度驱动溶液中分子扩散
5.2.1 分子扩散的线性非平衡态热力学模型
5.2.2 溶液-溶液界面扩散:活度系数驱动的扩散
5.2.3 扩散系数与溶液黏度
5.2.4 扩散与浓度变化
5.3 外场驱动溶液中分子输运
5.3.1 搅拌均匀化溶液
5.3.2 扩散和对流同时存在对溶液浓度的影响
5.3.3 机械扰动对界面扩散的影响
5.4 自扩散
5.4.1 布朗运动有关单粒子实验结果
5.4.2 分子自由迁移距离的热力学模型
第十五章 局域平衡态与理论动力学
1.本章提要
2.时间之矢与局域平衡态
2.1 时间之矢
2.1.1 局域平衡态热力学与线性非平衡态热力学
2.1.2 单个自由度熵与系统-环境总熵
2.1.3 一个自由度熵改变特征速度与特征时间:时间之矢
2.2 局域平衡态分类与判定
2.2.1 从特征时间定义局域平衡态
2.2.2 空间局域平衡态
2.2.3 空间局域平衡态的选择定则
2.2.4 自由能局域平衡态
2.3 局域平衡态小结
3.吉布斯自由能局域平衡态定量模型
3.1 自由能局域平衡态理论基础
3.1.1 微观结构、电子态、稳定电子态
3.1.2 基元化学反应实例分析
3.1.3 吉布斯自由能垒存在原理
3.1.4 吉布斯自由能局域平衡态的定量模型
3.2 吉布斯自由能垒性质与局域平衡态分类
3.2.1 无限吉布斯自由能垒
3.2.2 有限吉布斯自由能垒
3.2.3 吉布斯自由能垒等于零
4.基元化学反应与动力学时钟
4.1 现存基元化学动力学理论概述
4.1.1 质量作用定律
4.1.2 范托夫公式(阿伦尼乌斯公式)
4.1.3 分子碰撞理论
4.1.4 活化能的一般性定义
4.1.5 吉布斯方案
4.2 局域平衡态动力学模型
4.2.1 动力学实例分析与动力学时钟
4.2.2 微观可逆原理不成立
4.2.3 动力学时钟
4.2.4 局域平衡态动力学模型
4.3 局域平衡态动力学公式与过渡态理论
4.3.1 过渡态理论的困局
4.3.2 活化熵
4.3.3 上行特征时间t°上
4.4 反应级数与相态对反应动力学的影响
4.4.1 基元反应级数与动力学
4.4.2 相态与基元反应动力学
5.复杂化学动力学系统基本理论
5.1 多步反应与竞争反应
5.1.1 多步反应
5.1.2 竞争反应
5.2 催化反应的局域平衡态分析
5.2.1 经典催化反应的理论模型
5.2.2 局域平衡态理论的催化反应基本模型
5.2.3 局域平衡态选择性催化模型
5.2.4 活化熵增加催化机理
5.2.5 t°上减小催化机理
5.2.6 过渡金属在催化中的独特地位
5.3 溶液中反应动力学特性分析
5.3.1 溶液反应的复杂性
5.3.2 扩散控制反应的动力学处理
第十六章 实验化学动力学
1.本章提要
2.实验化学动力学基础
2.1 动力学定量研究起源与化学反应速率定义
2.1.1 拉瓦锡与实验化学动力学的定量特点
2.1.2 化学反应速率定义
2.2 化学反应动力学方程
2.2.1 微分动力学方程
2.2.2 积分动力学方程
2.2.3 一级反应的积分动力学方程
2.2.4 其他具有确定反应级数的积分动力学方程
3.化学反应动力学定量观测
3.1 实验观测手段
3.1.1 实验观测手段的基本要求与历史演变
3.1.2 从浓度数据计算反应速率
3.2 初始反应速率与动力学参数
3.2.1 初始反应速率
3.2.2 隔离法与反应级数确定
3.2.3 活化能的实验确定
4.化学动力学平衡态与化学平衡时间常数
4.1 “正逆反应对”与化学动力学平衡
4.1.1 化学动力学平衡与化学热力学平衡
4.1.2 化学热力学平衡不可到达
4.1.3 化学动力学平衡与精细平衡原理
4.2 一级正逆反应对
4.2.1 一级正逆反应对的积分动力学方程
4.2.2 渐近线浓度
4.3 化学平衡时间常数
4.3.1 化学平衡时间常数定义
4.3.2 一级正逆反应对的化学平衡时间常数
4.3.3 一般正逆反应对化学平衡时间常数
4.3.4 化学平衡时间常数、化学动力学平衡常数、反应因子
5.复杂反应的实验研究和数据处理
5.1 复杂反应的积分动力学方程
5.1.1 复杂反应机理研究概况
5.1.2 决速步骤近似
5.1.3 前平衡近似
5.1.4 稳态近似
5.2 复杂反应动力学分析实例——酶催化机理
5.2.1 实验事实与机理推测
5.2.2 底物-酶络合物和产物-酶络合物的稳定性
5.2.3 决速步骤近似
5.2.4 稳态近似适用于酶催化动力学吗?
5.2.5 极高底物浓度的情形
5.2.6 前平衡近似
5.2.7 酶催化动力学结语
第十七章 能源化学(1):电化学
1.本章提要
2.溶液中离子的热力学与电动力学性质
2.1 溶液中离子的热力学性质
2.1.1 溶液中离子的热力学状态
2.1.2 溶液中离子的活度系数
2.2 溶液中离子的电动力学性质
2.2.1 溶液中离子的电动迁移
2.2.2 溶液中离子电动系数与活度系数
3.可逆电化学
3.1 可逆电化学与平衡态
3.1.1 电化学简史
3.1.2 空间稳定电子态与开路电池
3.1.3 阴极-阳极空间稳定电子态系统的热力学状态
3.1.4 阴极-阳极反应吉布斯自由能与可逆电池电势
3.1.5 能斯特方程
3.1.6 化学热力学平衡常数与标准反应状态函数
3.2 可逆电极电化学
3.2.1 电极(半电池)反应与可逆电极电势
3.2.2 标准氢电极
3.2.3 标准电极电势与原子分子得失电子能力不正相关
4.电化学动力学与电化学储能
4.1 电化学动力学
4.1.1 电化学反应基元步骤
4.1.2 电子转移动力学
4.1.3 电化学电流与动力学电极电势
4.1.4 超电势与电化学极化
4.2 电化学储能与能量转换
4.2.1 高能分子的电化学合成
4.2.2 燃料电池
4.2.3 充电电池实例:锂离子电池
第十八章 能源化学(2):光化学
1.本章提要
2.光与物质
2.1 光子
2.1.1 拉瓦锡与光的化学本质
2.1.2 光子
2.1.3 光子的性质
2.2 光与物质相互作用
2.2.1 光与物质融合与分离
2.2.2 朗伯-比尔定律
3.激发态、光化学与能量转换
3.1 激发态基元过程
3.1.1 电子激发态与激发态物质
3.1.2 激发态衰变基元过程
3.1.3 能量转移与光化学敏化
3.2 光化学原理
3.2.1 光化学基本定律
3.2.2 光致电荷转移
3.2.3 光致电荷转移动力学速率
3.3 光化学能量存储与转换
3.3.1 植物光合作用与能量存储
3.3.2 太阳能电池
中文索引
英文索引
前辅文
物理化学导论
1.化学:地球生态圈的中心科学
1.1 地球生态圈物质相互作用特点与现代物质观
1.2 自然资源、人类行为与化学
2.物理化学:分子物质观理论框架
2.1 物理化学与现代物质观
2.2 我国物理化学课程体系
2.3 《物理化学教程》基本思路
3.《物理化学教程》主要更新
上篇 分子物质观基本理论
第一章 能量与能量量子化
1.本章提要
2.能量
2.1 能量与科学框架
2.1.1 化学作为科学的一级学科
2.1.2 相互作用的标度
2.1.3 从力到能量
2.2 能量守恒与能量概念的内涵
2.2.1 机械能守恒
2.2.2 超出质点的物体与内能
2.2.3 基态能与热能
3.原子、分子与能量量子化
3.1 原子-分子图像
3.1.1 原子、离子、分子
3.1.2 分子与化学键
3.2 能量量子化
3.2.1 键合原子的量子化自由度
3.2.2 分子平动自由度的量子化能级
3.2.3 分子转动自由度的量子化能级
3.2.4 分子振动自由度的量子化能级
3.2.5 电子自由度与电子能级
4.分子各种运动的独立性和耦合性
4.1 分子运动的独立性和能量叠加
4.1.1 分子运动的独立性
4.1.2 分子运动的叠加
4.2 分子运动的耦合性
4.2.1 分子运动耦合的重要意义
4.2.2 单个分子激发态能量耗散过程与运动耦合
4.2.3 分子的能量累积与运动耦合
第二章 从单分子到超多分子:熵与温度
1.本章提要
2.统计热力学基本思想
2.1 统计热力学起源
2.2 统计热力学基本模型
2.2.1 宏观状态与微观量子结构
2.2.2 宏观平衡态的唯一性
2.2.3 微观结构变换与分子相互作用的实验验证
2.3 统计热力学基本假定
2.3.1 权重
2.3.2 统计热力学基本假定
2.3.3 权重与概率
3.超多分子系统的熵
3.1 权重计算
3.1.1 排列组合复习
3.1.2 合金单晶中一个给定宏观状态的微观结构数
3.2 最概然分布
3.2.1 超多分子系统的最概然分布
3.2.2 涨落与统计误差
3.3 熵
3.3.1 熵的统计热力学定义
3.3.2 熵增加原理(热力学第二定律)
4.温度——熵增加难易度
4.1 系统熵与内能
4.1.1 熵增加的源头
4.1.2 熵增加难易度
4.2 温度
4.2.1 温度定义
4.2.2 热平衡(热力学第零定律)
4.2.3 热平衡态实质
5.玻尔兹曼分布
5.1 玻尔兹曼分布函数
5.1.1 玻尔兹曼因子
5.1.2 玻尔兹曼分布
5.2 玻尔兹曼分布的基本性质
5.2.1 指数分布与配分函数
5.2.2 熵和温度的极小值(热力学第三定律)
*5.2.3 粒子数反转态与激光
6.浓度的统计热力学基础及浓度定律
6.1 分子在容器中分布与浓度
6.1.1 气体中分子的分布
6.1.2 纯物质液体中分子的分布
6.1.3 溶液中溶质分子的分布和浓度
6.2 非均匀外势场对浓度的影响
6.2.1 重力势场对浓度的影响
6.2.2 离心力场与离心机原理
6.3 浓度定律
6.3.1 浓度定律
*6.3.2 浓度定律与浮力定律
第三章 分子性质与宏观可观测量
1.本章提要
2.不同量子自由度的配分函数
2.1 分子运动独立性与配分函数乘积性
2.1.1 量子统计热力学的配分函数
2.1.2 正交量子自由度的配分函数
2.2 分子内原子核运动量子自由度的配分函数
2.2.1 分子平动自由度的配分函数
2.2.2 分子转动自由度的配分函数
2.2.3 分子振动自由度的配分函数
2.3 分子电子自由度的配分函数与总配分函数
2.3.1 分子的电子配分函数
2.3.2 分子总配分函数
3.配分函数与宏观可观测量(1):内能
3.1 系统总能量(内能)
3.1.1 系统平衡态的能量
3.1.2 配分函数与系统平衡态内能
3.1.3 热能
3.2 不同类型量子自由度的热能
3.2.1 平动自由度的热能
3.2.2 转动自由度的热能
3.2.3 振动自由度的热能
3.2.4 电子热能
3.3 能量最低原理与能级准入标度
3.3.1 能量最低原理的局限
3.3.2 “kT”和“RT”作为分子能级准入标度
4.配分函数与宏观可观测量(2):熵
4.1 从配分函数到系统熵
4.1.1 配分函数与系统平衡态的熵
4.1.2 定域子系统的熵
4.1.3 离域子系统的熵
4.1.4 一个量子自由度的熵
4.2 不同类型量子自由度的熵
4.2.1 平动自由度熵
4.2.2 转动自由度熵
4.2.3 振动自由度熵
4.2.4 电子熵
5.量子统计热力学小结
第四章 热现象与热力学
1.本章提要
2.热现象
2.1 伽利略与物理学视角:温度
2.1.1 热现象早期研究
2.1.2 线性温标与百分温标
2.1.3 理想气体状态方程与绝对温标
2.2 拉瓦锡与化学视角:热质-热能
2.2.1 热现象与物质结构
2.2.2 热质
2.2.3 热质的实在性
2.2.4 热质、内能与热能
2.3 热功当量:热与能
2.3.1 热功当量
2.3.2 热
3.热力学基础
3.1 热力学的历史沿革
3.1.1 热力学与热机
3.1.2 热力学的非化学特征
3.2 热力学方法的特殊性
3.2.1 系统与环境
3.2.2 状态函数特性
3.3 热力学的定量基础
3.3.1 热力学第一定律
*3.3.2 传热与做功的区别:宏观图像
3.3.3 传热与做功的区别:微观图像
*3.3.4 光吸收是做功还是传热?
3.3.5 热与热能
4.封闭系统的体积功
4.1 封闭系统功计算一般方法
4.1.1 功的一般计算公式,机械功与非机械功
*4.1.2 定容过程的功
*4.1.3 等外压过程的功
4.2 可逆功
4.2.1 可逆过程与极值功
*4.2.2 P外-V图与功
4.2.3 理想气体可逆功
5.热量计算:热容和焓
5.1 定容过程的热量和定容热容
5.1.1 定容热量
5.1.2 系统基本变量
5.1.3 定容热容
5.1.4 理想气体的定容热容与定容热量
5.2 定压热量,定压热容,焓
5.2.1 定压热量
5.2.2 焓
5.2.3 定压热容
5.2.4 qV和qP、U和H的关系
5.2.5 CP和CV
5.3 理想气体绝热过程
5.3.1 理想气体绝热过程热力学
5.3.2 理想气体绝热过程的量子统计热力学
第五章 可逆过程热力学与热力学第二定律
1.本章提要
2.自发过程与平衡态,可逆与不可逆过程
2.1 自发过程与平衡态
2.1.1 经典力学的自发过程——力学平衡态
2.1.2 自发传热过程——热平衡态
2.1.3 自发化学过程——广义化学平衡态
2.2 平衡态的定义与表征
2.2.1 平衡态的定义
2.2.2 平衡态的表征
2.3 可逆过程热力学
2.3.1 可逆和不可逆传热过程
2.3.2 可逆和不可逆做功过程
2.3.3 可逆过程热力学
3.热力学第二定律与熵
3.1 热力学第二定律
3.1.1 热力学第二定律的必要性
3.1.2 热力学第二定律传统表述
3.1.3 热力学第二定律的平衡态表述
3.1.4 热力学第二定律平衡态表述的化学意义:勒夏特列-布农原理
3.2 宏观熵定义与热力学第二定律的定量表述
3.2.1 孤立系统的热力学第二定律与熵
3.2.2 熵的定量标度
3.2.3 熵作为平衡态判据
*3.2.4 证明式(5-7)定义的熵是状态函数
4.状态熵与过程熵变计算
4.1 典型过程的熵变与自发性判断
4.1.1 封闭系统内组成不变、非体积功为零的等容过程
4.1.2 组成不变封闭系统的等压过程(非机械功为零)
4.1.3 绝热过程(封闭系统)
4.1.4 组成不变封闭系统、非机械功等于零过程
4.2 力过程与热过程的熵变分析
4.2.1 力过程自发方向与力平衡
4.2.2 传热过程的方向与热平衡
4.3 热力学第三定律与规定熵
4.3.1 热力学第三定律
4.3.2 规定熵
5.摩尔数可变系统自发过程的热力学判据
5.1 定温定容过程的自发性判据与亥姆霍兹自由能
5.1.1 非机械功为零封闭系统定温定容过程的自发性判据
5.1.2 亥姆霍兹自由能的物理化学意义
5.1.3 能量最低原理的热力学基础
5.2 定温定压过程的自发性判据与吉布斯自由能
5.2.1 封闭系统中定温定压过程的自发性判据
5.2.2 吉布斯自由能的物理化学意义
5.3 广义化学平衡条件
5.3.1 定温定压对超多分子化学系统的特殊意义
5.3.2 定温定压条件下广义化学平衡条件
第六章 可逆过程热力学基本框架
1.本章提要
2.组分不变系统的热力学基本状态函数
2.1 相互作用与平衡分类
2.1.1 环境-系统相互作用自由度与基本广度性质
2.1.2 环境-系统相互作用平衡与基本强度性质
2.2 封闭系统基本状态函数(基本变量)
2.2.1 封闭系统的共轭基本变量组
2.2.2 封闭系统任意状态的独立变量数
2.2.3 封闭系统任意摩尔数不变过程的独立变量数
3.经典可逆过程热力学基本方程
3.1 能量类函数与变量方程
3.1.1 热力学基本过程与能量类函数
3.1.2 内能微分的基本状态函数表达——经典热力学基本方程
3.1.3 其他能量类函数变量方程
3.2 麦克斯韦方程
3.2.1 麦克斯韦方程
3.2.2 热力学基本方程及相关公式应用:压强、力与熵
3.2.3 热力学基本方程及相关公式应用:理想气体内能与焓
4.组分摩尔数可变系统——化学热力学入门
4.1 化学势
4.1.1 化学势的引入
4.1.2 与化学势相关的麦克斯韦方程
4.2 开放系统:组分可变系统的简单模型
4.2.1 开放系统
4.2.2 气体化学势与压强,标准态
4.2.3 开放系统的热力学分析
4.3 封闭系统热力学基本方程与热力学
4.3.1 非机械功等于零的情况
4.3.2 非机械功不等于零的情况
5.宏观图像与微观图像合流
5.1 经典热力学与量子统计热力学的底层关系
5.1.1 基石性概念:能量与正交自由度
5.1.2 基石性概念:温度与熵
5.2 配分函数与热力学状态函数
5.2.1 最概然分布、平衡态与可逆过程的准平衡态
5.2.2 从配分函数到宏观可观测量
6.科学大框架中的热力学
中篇 超多分子系统物质结构
第七章 分子间相互作用
1.本章提要
2.分子间相互作用研究:历史、现状与策略
2.1 分子间相互作用概论
2.1.1 分子间相互作用的重要意义
2.1.2 分子间相互作用图像的演化
2.1.3 分子间相互作用与化学键
2.2 分子间相互作用与自由度追踪
2.2.1 量子统计热力学与自由度演化
2.2.2 分子整体自由度(自由平动和自由转动)演化
2.2.3 分子内振动自由度演化
2.3 分子间相互作用标度
2.3.1 分子-分子电磁相互作用与电子基态能
2.3.2 分子集体振动自由度的热能与熵
2.3.3 分子间相互作用的实验标度
3.分子间相互作用能(1):电磁相互作用
3.1 分子电偶极矩与静电相互作用能
3.1.1 点电荷间相互作用
3.1.2 偶极矩与偶极相互作用
3.1.3 偶极吸引与排斥相互作用能的双分子模型
3.1.4 溶液中分子集体振动势阱
3.1.5 多极矩
3.2 分子电子极化率
3.2.1 电子极化率与诱导偶极
3.2.2 分子瞬间偶极与电子云变形性
3.3 作为介质的分子集合体电磁相互作用性质
3.3.1 介质的分子间相互作用的重要性
3.3.2 介质的静电介电常数
3.3.3 介质的折射率与光频介电常数
3.4 分子间相互作用频率特征与频率匹配
3.4.1 分子间相互作用第一选律
3.4.2 分子永久偶极矩与低频相互作用
3.4.3 分子结构与分子电子云变形性
3.4.4 电子云变形性与超高频相互作用在选律中的决定性意义
4.分子间相互作用能(2):分子结构与相态
4.1 分子集体振动与分子间相互作用能
4.1.1 分子集体振动典型频率特征
4.1.2 分子集体振动基态能
4.1.3 分子集体振动热能及分子间相互作用热能
4.2 分子间相互作用能分类研究
4.2.1 离子-离子静电相互作用能
4.2.2 离子-永久偶极相互作用能
4.2.3 永久偶极-永久偶极相互作用与氟原子效应
4.2.4 氢键与分子电子极化率
4.2.5 分子间瞬间偶极相互作用能
5.分子间相互作用熵
5.1 分子间相互作用熵标度方法
5.1.1 气态分子相互作用熵设为零
5.1.2 液态中分子相互作用熵
5.1.3 固态中分子相互作用熵
5.2 分子结构与分子间相互作用熵
5.2.1 单原子分子
5.2.2 直链柔性分子
5.2.3 不同构型的柔性分子
第八章 纯物质体相性质
1.本章提要
2.纯物质的气态
2.1 从日常经验到经典理想气体模型
2.1.1 日常经验中的气体
2.1.2 理想气体模型
2.1.3 气体分子运动论
2.2 实际气体简述
2.2.1 范德华气体状态方程
2.2.2 位力气体状态方程
2.2.3 超高压强下的气体与临界现象
2.3 气体的量子统计热力学
2.3.1 从配分函数到理想气体状态方程
2.3.2 气体摩尔热容
2.3.3 气体摩尔熵
2.3.4 气体化学势与实际气体
3.纯物质相变的可逆过程热力学
3.1 相变的可逆过程热力学
3.1.1 相平衡与相平衡条件
3.1.2 相变自发方向
3.1.3 可逆相变热力学参量
3.2 纯物质相图
3.2.1 相图实例及图析
3.2.2 相图中各相区相对位置
3.2.3 相图边界线斜率
3.3 沸点、熔点与临界点
3.3.1 标准沸点与分子结构
3.3.2 标准熔点与分子结构
*3.3.3 临界温度与超临界流体
4.纯物质的凝聚态
4.1 凝聚态纯物质的化学势
4.1.1 纯物质液态的化学势
4.1.2 纯物质固态的化学势
4.2 液态的量子统计热力学性质
4.2.1 液态定压热容与自由度转化
4.2.2 液态标准定压热容与分子间相互作用基态能
4.2.3 液态单位体积比热
4.2.4 液态熵补偿
4.2.5 惰性介质对化学反应强烈影响的直接证据
4.2.6 液态体积
4.3 固态的量子统计热力学性质简论
4.3.1 固态分子图像
4.3.2 固态定压热容
4.3.3 固态熵
第九章 溶液的基本性质
1.本章提要
2.理想气体混合物
2.1 道尔顿分压定律的分子图像
2.1.1 道尔顿分压定律
2.1.2 道尔顿分压定律的微观解释
2.1.3 气体混合过程的热力学动因
2.2 理想气体混合热力学函数
2.2.1 混合理想气体给定组分的化学势
2.2.2 定温定压过程理想气体混合吉布斯自由能
2.2.3 理想气体混合原理
3.理想溶液
3.1 理想溶液模型
3.1.1 从理想气体混合物模型到理想溶液模型
3.1.2 理想溶液模型的量子统计热力学
3.2 理想溶液中各组分化学势
3.2.1 化学势计算公式
3.2.2 理想溶液饱和蒸气压
3.2.3 理想溶液饱和蒸气压的实验验证
*3.2.4 理想溶液的等价关系
4.混合物广度性质
4.1 偏摩尔量与广度性质
4.1.1 混合物广度性质
4.1.2 广度性质与偏摩尔量
4.1.3 广度性质加和性
4.2 偏摩尔量性质
4.2.1 混合物偏摩尔量与纯态摩尔量
4.2.2 混合物偏摩尔量的相依性
5.实际溶液(1):非理想溶液模型
5.1 非理想溶液普遍性
5.1.1 溶液非理想性的实验证据
5.1.2 非理想溶液的分子图像
5.2 相互作用不匹配非理想溶液与纳米簇模型
5.2.1 非理想溶液的纳米簇效应
5.2.2 溶液纳米簇结构的实验证据
5.2.3 结构稳定的一维纳米簇与“疏水键力”
5.3 非理想混合熵主导的非理想溶液
5.3.1 非理想混合熵主导的非理想溶液与传统模型
5.3.2 非理想混合熵主导的非理想溶液实例分析
5.4 溶液再定义
6.实际溶液(2):溶液活度
6.1 浓度的实质与局限性
6.1.1 浓度对理想溶液的意义
6.1.2 热力学浓度的普适性与局限性
6.2 活度与活度系数
6.2.1 活度和活度系数定义
6.2.2 活度与化学势
*6.2.3 活度和活度系数合理性的实验验证
7.实际溶液(3):从活度系数到溶液性质
7.1 活度与混合吉布斯自由能、混合焓、混合熵
7.1.1 活度与混合吉布斯自由能
7.1.2 活度系数与混合焓
7.1.3 活度与混合熵
7.2 实际溶液的混合体积以及其他混合广度性质
7.2.1 活度系数与混合体积
7.2.2 活度系数与混合内能、热容
7.3 实际溶液活度与活度系数的进一步讨论
7.3.1 活度系数的唯一性
7.3.2 溶液中给定组分的活度系数与偏摩尔量
7.3.3 活度与活度系数小结
第十章 溶液与多相混合物
1.本章提要
2.混合物相平衡与吉布斯相律
2.1 混合物相平衡与相自由度
2.1.1 混合物相平衡条件
2.1.2 均相混合物的相自由度与相独立基本变量
2.2 混合物多相系统相律
2.2.1 单相混合物独立基本变量
2.2.2 混合物多相系统相律
2.2.3 相自由度与相图
3.混合物相图
3.1 二元混合物的气-液相图与蒸馏
3.1.1 二元近理想溶液气-液平衡的压强-浓度相图
3.1.2 两相平衡区物质量的分配——杠杆规则
3.1.3 二元混合物气-液平衡的温度-浓度相图
3.1.4 溶液蒸馏
3.2 二元混合物的液-液和液-固相图
3.2.1 二元混合物的液-液相图
3.2.2 二元混合物的液-固平衡相图
3.2.3 固溶体(合金)与溶液、气态混合物比较
4.溶解度
4.1 溶解度定义与相平衡
4.1.1 溶解度与溶解平衡
4.1.2 溶解度定义
4.2 固体溶质在液体溶剂中溶解度
4.2.1 固体溶质的溶解度定律
4.2.2 固态溶质溶解平衡的可逆过程热力学
4.2.3 熔融溶质偏摩尔混合吉布斯自由能接近零的溶解度
4.2.4 “熔融溶质组装型”纳米簇溶液的溶解度
4.2.5 “溶剂组装型”纳米簇溶液的溶解度
4.3 气体溶质在液体溶剂中溶解度
4.3.1 气体溶于液体的可逆过程热力学
4.3.2 气态溶质的溶解度定律
4.3.3 气态溶质的溶解度特性
4.4 一种液体在另一种液体中溶解度
4.4.1 液-液系统的溶解度
4.4.2 两种极难混溶液体的溶解度定律
4.4.3 液-液混合系统分类
5.活度系数
5.1 固-液溶液的活度系数
5.1.1 固-液饱和溶液各组分的活度系数
5.1.2 固-液非饱和溶液各组分的活度系数
5.1.3 固-液溶液系统活度系数及溶解度随温度、压强的变化
5.2 液-气溶液与液-液溶液的活度系数
5.2.1 气态溶质在饱和溶液中活度系数
5.2.2 液-液极难互混饱和溶液的活度系数
5.2.3 三组分液-液两相系统溶质活度系数与萃取
5.3 热力学浓度与活度系数总结
第十一章 表面与胶体(1):表面与界面
1.本章提要
2.表面分类
2.1 凝聚态-气态界面
2.1.1 固-气界面
2.1.2 液-气界面
2.1.3 液态重构表面
2.2 凝聚态之间形成的界面
2.2.1 固-固界面
2.2.2 固-液界面
2.2.3 液-液界面
2.3 表面活性剂、表面选择性吸附与单分子膜
2.3.1 表面活性剂
2.3.2 临界胶束浓度与表面活性剂聚集体
2.3.3 表面活性剂在液-气界面选择性吸附与LB膜
2.3.4 固体表面吸附与自组装单分子膜
3.表面定量标度的吉布斯方案
3.1 前吉布斯时期的表面定量研究:表面张力方案
3.1.1 表面张力基本思想
3.1.2 拉普拉斯公式
3.2 表面定量描述的吉布斯方案
3.2.1 从表面的角度考察吉布斯自由能变量方程
3.2.2 吉布斯方案的基本思想
3.2.3 吉布斯方案的定量表达
3.2.4 含表面项的能量类变量方程中的化学势和表面势
4.吉布斯方案的应用
4.1 表面势与表面张力
4.1.1 从吉布斯方案到拉普拉斯公式
*4.1.2 表面张力与表面势的进一步讨论
4.1.3 表面张力与表面势的直接关联
4.2 毛细管现象
4.2.1 毛细管现象的定性分析
*4.2.2 毛细管现象定量分析:传统表面张力模型
4.2.3 毛细管现象的可逆过程热力学模型
*4.2.4 非柱形毛细管
5.固体表面吸附定量研究
5.1 固体表面吸附与表面催化简介
5.1.1 固体表面结构
5.1.2 表面催化
5.2 表面等温吸附
5.2.1 朗缪尔单层吸附模型
5.2.2 非朗缪尔型实验吸附等温线
第十二章 表面与胶体(2):胶体溶液
1.本章提要
2.胶体化学简论
2.1 胶体简介
2.1.1 胶体的一般性讨论
2.1.2 胶体分类
2.2 经典胶体化学
2.2.1 经典胶体化学的产生
2.2.2 溶胶的形成
2.3 现代胶体化学
2.3.1 晶体的体相性质与现代胶体化学
2.3.2 纳米晶性质的尺寸相关性
2.3.3 高质量胶体纳米晶的独特化学意义
2.3.4 高质量胶体纳米晶的合成化学
3.单个纳米尺寸胶体粒子的热力学性质
3.1 相变亚稳态可逆过程热力学
3.1.1 相平衡亚稳态
3.1.2 胶体与相变亚稳态的可逆过程热力学
3.2 不同相态纳米粒子的热力学描述
3.2.1 气相中纳米液滴
3.2.2 小气泡内压强与半径关系
3.2.3 固体纳米颗粒成核
3.2.4 固体纳米粒子尺寸相关的溶解度
3.2.5 奥斯特瓦尔德熟化
4.胶体分散系的系统稳定性
4.1 胶体纳米粒子的聚集倾向
4.1.1 胶体分散系系统稳定性一般性讨论
4.1.2 胶体粒子的聚集倾向
4.2 经典胶团结构与胶体粒子在电解质溶液中的稳定性
4.2.1 电解质溶液中胶体粒子的胶团结构模型
4.2.2 电解质溶液中胶体粒子的电学性质
4.2.3 经典胶体粒子分散系的双电层稳定模型
4.3 纳米晶-配体络合物溶液的热力学
4.3.1 纳米晶多极矩相互作用模型
4.3.2 纳米晶-配体络合物
4.3.3 纳米晶-配体络合物溶液稳定性
下篇 超多分子系统化学变化
第十三章 化学平衡
1.本章提要
2.均相系统的化学平衡
2.1 化学平衡的实验和理论依据
2.1.1 化学平衡的经验基础
2.1.2 化学平衡普遍存在的理论依据
2.2 均相反应吉布斯自由能与化学平衡
2.2.1 均相混合物中化学平衡常数的精确推导
2.2.2 标准反应吉布斯自由能ΔrG°
2.2.3 反应吉布斯自由能与自由能变化
2.2.4 标准生成吉布斯自由能与平衡常数
3.浓度平衡常数与活度系数平衡常数
3.1 活度平衡常数与常见浓度平衡常数
3.1.1 均相溶液活度平衡常数分解
3.1.2 气相反应活度平衡常数分解
3.2 活度系数平衡常数与溶剂效应
3.2.1 活度系数平衡常数实质
3.2.2 生物系统的活度系数平衡常数
3.2.3 水溶液活度系数平衡常数
3.2.4 溶剂效应与活度系数平衡常数
4.化学平衡与多相混合物
4.1 均相混合物中化学平衡
4.1.1 理想气体反应平衡与混合吉布斯自由能
4.1.2 理想溶液中化学平衡与混合吉布斯自由能
4.1.3 非理想溶液化学平衡与偏摩尔混合吉布斯自由能
4.2 非均相系统化学反应热力学
4.2.1 固态多相化学反应:无化学平衡的反应系统
4.2.2 固态与流体的多相化学反应与化学平衡
4.2.3 化学平衡与相平衡
5.平衡常数与量子统计热力学
5.1 平衡常数与极限反应因子
5.1.1 单一反应物生成单一产物化学反应的电子态图像
5.1.2 自由度追踪与极限反应因子
5.2 理想混合物中化学反应因子
5.2.1 均相理想混合物中一种反应物生成一种产物的反应
5.2.2 多种反应物或产物的单步反应
5.2.3 多电子态系统的反应分布函数
5.3 非理想溶液极限反应因子与标准反应熵
5.3.1 非理想溶液的极限反应因子
5.3.2 均相中K=1反应的极限反应因子
5.3.3 极限反应因子与系统熵
5.3.4 化学热力学平衡态是最概然分布
6.化学反应与能量转换
6.1 化学反应焓变及能量变化
6.1.1 反应焓与反应焓变
6.1.2 化学反应内能变化:基态能与热能
6.2 化学平衡与温度、压强的关系
6.2.1 活度平衡常数与温度
6.2.2 浓度平衡常数与温度
6.2.3 化学平衡与压强
第十四章 非平衡态热力学与输运过程
1.本章提要
2.平衡态热力学的局限性
2.1 经验与实验事实对平衡态热力学的挑战
2.1.1 热寂说
2.1.2 化学实验事实对平衡态热力学的挑战
2.2 超多分子系统理论框架检讨:量子统计热力学
2.2.1 需要特征长度的情形
2.2.2 特征时间:宏观时间不可分辨是真的吗?
2.2.3 自由度的特征时间
2.3 超多分子系统理论框架检讨:(宏观)可逆过程热力学
2.3.1 热力学环境的特殊性
2.3.2 “理想环境”的定义
2.3.3 理想环境与等效熵源
2.3.4 “环境熵变”与“熵流”
3.非平衡态与线性非平衡态热力学
3.1 非平衡态与化学
3.1.1 非平衡态在化学过程中的决定性意义
3.1.2 非平衡态热力学需要为化学回答的主要问题
3.2 线性非平衡态热力学
3.2.1 特征长度、特征时间与运动耦合
3.2.2 空间局部平衡态
3.2.3 自发回归平衡态的动力:强度性质的梯度
3.2.4 自发回归平衡态的方式:广度性质的输运
3.2.5 线性非平衡态热力学基本方程:稳态输运
4.能量传递与电荷传递
4.1 能量传递
4.1.1 能量传递过程
4.1.2 热能传导
4.1.3 材料热能传导性能
4.2 电荷传递
4.2.1 电子迁移与欧姆定律
4.2.2 离子在溶液中迁移
4.2.3 离子电导率与离子迁移率
4.2.4 弱电解质溶液解离常数与摩尔电导率
5.溶液流体性质与传质
5.1 溶液流体性质分子模型
5.1.1 溶液中的分子迁移
5.1.2 临界流体的流体力学性质与临界温度
5.1.3 液体黏度与内摩擦阻力
5.1.4 液体热膨胀与温度相关黏度
5.2 化学势梯度驱动溶液中分子扩散
5.2.1 分子扩散的线性非平衡态热力学模型
5.2.2 溶液-溶液界面扩散:活度系数驱动的扩散
5.2.3 扩散系数与溶液黏度
5.2.4 扩散与浓度变化
5.3 外场驱动溶液中分子输运
5.3.1 搅拌均匀化溶液
5.3.2 扩散和对流同时存在对溶液浓度的影响
5.3.3 机械扰动对界面扩散的影响
5.4 自扩散
5.4.1 布朗运动有关单粒子实验结果
5.4.2 分子自由迁移距离的热力学模型
第十五章 局域平衡态与理论动力学
1.本章提要
2.时间之矢与局域平衡态
2.1 时间之矢
2.1.1 局域平衡态热力学与线性非平衡态热力学
2.1.2 单个自由度熵与系统-环境总熵
2.1.3 一个自由度熵改变特征速度与特征时间:时间之矢
2.2 局域平衡态分类与判定
2.2.1 从特征时间定义局域平衡态
2.2.2 空间局域平衡态
2.2.3 空间局域平衡态的选择定则
2.2.4 自由能局域平衡态
2.3 局域平衡态小结
3.吉布斯自由能局域平衡态定量模型
3.1 自由能局域平衡态理论基础
3.1.1 微观结构、电子态、稳定电子态
3.1.2 基元化学反应实例分析
3.1.3 吉布斯自由能垒存在原理
3.1.4 吉布斯自由能局域平衡态的定量模型
3.2 吉布斯自由能垒性质与局域平衡态分类
3.2.1 无限吉布斯自由能垒
3.2.2 有限吉布斯自由能垒
3.2.3 吉布斯自由能垒等于零
4.基元化学反应与动力学时钟
4.1 现存基元化学动力学理论概述
4.1.1 质量作用定律
4.1.2 范托夫公式(阿伦尼乌斯公式)
4.1.3 分子碰撞理论
4.1.4 活化能的一般性定义
4.1.5 吉布斯方案
4.2 局域平衡态动力学模型
4.2.1 动力学实例分析与动力学时钟
4.2.2 微观可逆原理不成立
4.2.3 动力学时钟
4.2.4 局域平衡态动力学模型
4.3 局域平衡态动力学公式与过渡态理论
4.3.1 过渡态理论的困局
4.3.2 活化熵
4.3.3 上行特征时间t°上
4.4 反应级数与相态对反应动力学的影响
4.4.1 基元反应级数与动力学
4.4.2 相态与基元反应动力学
5.复杂化学动力学系统基本理论
5.1 多步反应与竞争反应
5.1.1 多步反应
5.1.2 竞争反应
5.2 催化反应的局域平衡态分析
5.2.1 经典催化反应的理论模型
5.2.2 局域平衡态理论的催化反应基本模型
5.2.3 局域平衡态选择性催化模型
5.2.4 活化熵增加催化机理
5.2.5 t°上减小催化机理
5.2.6 过渡金属在催化中的独特地位
5.3 溶液中反应动力学特性分析
5.3.1 溶液反应的复杂性
5.3.2 扩散控制反应的动力学处理
第十六章 实验化学动力学
1.本章提要
2.实验化学动力学基础
2.1 动力学定量研究起源与化学反应速率定义
2.1.1 拉瓦锡与实验化学动力学的定量特点
2.1.2 化学反应速率定义
2.2 化学反应动力学方程
2.2.1 微分动力学方程
2.2.2 积分动力学方程
2.2.3 一级反应的积分动力学方程
2.2.4 其他具有确定反应级数的积分动力学方程
3.化学反应动力学定量观测
3.1 实验观测手段
3.1.1 实验观测手段的基本要求与历史演变
3.1.2 从浓度数据计算反应速率
3.2 初始反应速率与动力学参数
3.2.1 初始反应速率
3.2.2 隔离法与反应级数确定
3.2.3 活化能的实验确定
4.化学动力学平衡态与化学平衡时间常数
4.1 “正逆反应对”与化学动力学平衡
4.1.1 化学动力学平衡与化学热力学平衡
4.1.2 化学热力学平衡不可到达
4.1.3 化学动力学平衡与精细平衡原理
4.2 一级正逆反应对
4.2.1 一级正逆反应对的积分动力学方程
4.2.2 渐近线浓度
4.3 化学平衡时间常数
4.3.1 化学平衡时间常数定义
4.3.2 一级正逆反应对的化学平衡时间常数
4.3.3 一般正逆反应对化学平衡时间常数
4.3.4 化学平衡时间常数、化学动力学平衡常数、反应因子
5.复杂反应的实验研究和数据处理
5.1 复杂反应的积分动力学方程
5.1.1 复杂反应机理研究概况
5.1.2 决速步骤近似
5.1.3 前平衡近似
5.1.4 稳态近似
5.2 复杂反应动力学分析实例——酶催化机理
5.2.1 实验事实与机理推测
5.2.2 底物-酶络合物和产物-酶络合物的稳定性
5.2.3 决速步骤近似
5.2.4 稳态近似适用于酶催化动力学吗?
5.2.5 极高底物浓度的情形
5.2.6 前平衡近似
5.2.7 酶催化动力学结语
第十七章 能源化学(1):电化学
1.本章提要
2.溶液中离子的热力学与电动力学性质
2.1 溶液中离子的热力学性质
2.1.1 溶液中离子的热力学状态
2.1.2 溶液中离子的活度系数
2.2 溶液中离子的电动力学性质
2.2.1 溶液中离子的电动迁移
2.2.2 溶液中离子电动系数与活度系数
3.可逆电化学
3.1 可逆电化学与平衡态
3.1.1 电化学简史
3.1.2 空间稳定电子态与开路电池
3.1.3 阴极-阳极空间稳定电子态系统的热力学状态
3.1.4 阴极-阳极反应吉布斯自由能与可逆电池电势
3.1.5 能斯特方程
3.1.6 化学热力学平衡常数与标准反应状态函数
3.2 可逆电极电化学
3.2.1 电极(半电池)反应与可逆电极电势
3.2.2 标准氢电极
3.2.3 标准电极电势与原子分子得失电子能力不正相关
4.电化学动力学与电化学储能
4.1 电化学动力学
4.1.1 电化学反应基元步骤
4.1.2 电子转移动力学
4.1.3 电化学电流与动力学电极电势
4.1.4 超电势与电化学极化
4.2 电化学储能与能量转换
4.2.1 高能分子的电化学合成
4.2.2 燃料电池
4.2.3 充电电池实例:锂离子电池
第十八章 能源化学(2):光化学
1.本章提要
2.光与物质
2.1 光子
2.1.1 拉瓦锡与光的化学本质
2.1.2 光子
2.1.3 光子的性质
2.2 光与物质相互作用
2.2.1 光与物质融合与分离
2.2.2 朗伯-比尔定律
3.激发态、光化学与能量转换
3.1 激发态基元过程
3.1.1 电子激发态与激发态物质
3.1.2 激发态衰变基元过程
3.1.3 能量转移与光化学敏化
3.2 光化学原理
3.2.1 光化学基本定律
3.2.2 光致电荷转移
3.2.3 光致电荷转移动力学速率
3.3 光化学能量存储与转换
3.3.1 植物光合作用与能量存储
3.3.2 太阳能电池
中文索引
英文索引

















