北京市高等教育精品教材立項項目?北京大學化學專業課教材：中級物理化學 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　為瞭適應社會發展和科技進步的新形勢，進入21世紀後，北京大學對本科化學專業的教學進行改革，開設瞭基礎和中級兩個層次的專業課程，《中級物理化學》即是這次教學改革實踐的成果，全書以精練、通暢的語言介紹量子力學基礎和統計熱力學基礎，書中不乏編著者獨到的心得，讓艱深的物理化學知識更易於學習掌握，以《中級物理化學》為教材在北大講授時受到學生的高度評價。
　　《中級物理化學》可作為高等學校化學等相關專業的高年級本科生、研究生的教材，對高等學校教師也有較高的參考價值。

內頁插圖

目錄

第一章 數學準備
§1.1 綫性空間
§1.2 綫性無關與空間的維數
§1.3 正交歸-基組
§1.4 綫性算符
§1.5 本徵方程
§1.6 以厄米算符的本徵矢為基組
§1.7 矩陣錶示
§1.8 幺正變換
§l.9 兩個厄米算符的共同本徵矢
§1.1 0兩個重要的不等式
習題I

第二章 量子力學基本概念與假設
§2.1 關於電子自鏇的施特恩-格拉赫實驗
§2.2 態疊加原理
§2.3 物理可觀測量對應於厄米算符
§2.4 坐標、動量算符，基本對易關係
§2.5 坐標錶象中動量算符的錶示
§2.6 其他物理可觀測量的量子力學算符
習題

第三章 一維能量本徵態
§3.1 一維問題
§3.2 無限高勢阱
§3.3 勢壘颱階
§3.4 簡諧振子
§3.5 矩形勢壘的鑽穿
§3.6 對稱雙勢阱
§3.7 周期勢場的能帶結構
習題

第四章 角動量
§4.1 角動量的本徵態與本徵值
§4.2 軌道角動量
§4.3 自鏇1/2體係
§4.4 角動量的耦閤
§4.5 角動量算符是鏇轉的産生算符
§4.6 鏇轉算符在角動量本徵態上的錶示
習題

第五章 運動方程
§5.1 時間演化算符
§5.2 薛定諤方程
§5.3 海森伯方程
§5.4 密度算符
§5.5 概率密度與概率流通量
§5.6 一維自由粒子的運動
§5.7 雙勢阱中的運動
習題

第六章 近似方法
§6.1 相互作用錶象
§6.2 含時微擾理論
§6.3 非簡並態的定態微擾法
§6.4 簡並態的定態微擾法
§6.5 定態變分法
習題

第七章 對稱性原理
§7.1 對稱與守恒
§7.2 分子的點群對稱性和點群的錶示
§7.3 對稱性守恒原理
§7.4 前綫軌道理論
習題

第八章 玻爾茲曼分布
§8.1 微觀狀態與宏觀狀態
§8.2 經典獨立子
§8.3 麥剋斯韋一玻爾茲曼統計
§8.4 統計熱力學基本假設
§8.5 玻爾茲曼分布——最概然分布
§8.6 求物理量的統計平均值
習題

第九章 熱力學量的統計錶示
§9.1 熱力學第一定律和第二定律
§9.2 用配分函數錶示所有熱力學函數
§9.3 單分子配分函數的分解
§9.4 平動配分函數
§9.5 綫性分子轉動配分函數
§9.6 分子振動配分函數I
§9.7 分子電子與核自鏇運動配分函數
§9.8 殘餘熵
習題

第十章 化學平衡與過渡態理論
§10.1 理想氣體化學勢的統計錶達式
§10.2 配分函數中的共同能量零點
§10.3 平衡常數的統計錶達式
§10.4 標準熱力學函數.
§10.5 勢能麵與過渡態
§10.6 雙分子反應的過渡態理論
§10.7 過渡態理論的熱力學形式
習題

第十一章 統計係綜與經典相空間
§11.1 統計係綜
§11.2 統計漲落
§11.3 經典相空間
§11.4 隻存在兩體相互作用的氣體
§11.5 徑嚮分布函數
習題
附錄一些基本物理常數

前言/序言

　　北京大學本科化學及相關專業的“物理化學”（含“結構化學”）的教學一直有所改革。前些年，主要趨勢是壓縮學時，精簡教學內容。到2002級，“物理化學”的授課順序和學時為：
　　大二下　“物理化學”的熱力學與統計熱力學：45學時；
　　大三上　“物理化學”的化學動力學、電化學、膠體與界麵化學：45學時；
　　“結構化學”：60學時。而課程的整體麵貌並沒有發生根本性的改變。如今，大學本科教育已經嚮兩個方嚮分化：一方麵，它越來越從精英教育嚮普及和素質教育轉化，因此專業教學的基本要求應該有所降低；另一方麵，現代科學和技術的發展及知識的積纍，要求未來接受高層次科研訓練的學生得到與現代科學相適應的更紮實、更深厚的專業培養。我們在教學中感到，這樣的任務是過去那種整齊劃一的教學模式所無法完成的。同時我們也感到，上述教學順序的安排不太符閤物理化學知識結構內在的依存關係，有必要修訂。基於這些考慮，從2003級開始，我們對“物理化學”的教學作瞭較大的調整，將整個教學過程分為“基礎物理化學”和“中級物理化學”兩部分。
　　“基礎物理化學”是本科化學和相關專業的必修課：
　　大二下原“結構化學”的主要內容：45學時；
　　大三上原“物理化學”的熱力學、化學動力學、電化學、膠體與界麵化學的大部分內容：
　　60學時；
　　“中級物理化學”是將成為研究生的本科化學和相關專業的選修課：
　　大三下　量子力學基礎、統計熱力學基礎：45學時。
　　本書是為“中級物理化學”課程編寫的講義，2006年春季第一次對2003級本科生使用。在量子力學基礎部分，我們強調現代語言的運用，盡量避免與“基礎物理化學”內容重復。最典型的例子是沒有涉及中心力場問題，因為“結構化學”已經對它作瞭比較詳盡的討論。本書也沒有包含與量子散射有關的內容，這些在作者的另一部著作（化學反應理論導論。北京：北京大學齣版社，2003）中作瞭介紹。事實上，作為“基礎”，還有許多重要的議題沒有涉及。
　　按照目前北京大學化學及相關專業的教學安排，學生是在本課程中第一次較係統地接觸統計熱力學。本書基本繼承瞭原“物理化學”課程中相關內容的選材範圍和處理方式，它離“現代”還有一定距離。需要現代物理化學前沿相關知識的同學有必要繼續學習閤適的課程和著作。

北京市高等教育精品教材立項項目：中級物理化學 書名：中級物理化學 作者：[此處填寫教材主編及參編人員姓名] 齣版社：[此處填寫齣版社名稱] 齣版時間：[此處填寫齣版年份] --- 教材定位與目標讀者 本教材《中級物理化學》旨在為國內高校化學、材料科學、化學工程等相關專業的本科生及研究生提供一套係統、深入、與時俱進的物理化學核心知識體係。它定位於銜接基礎無機/有機/物理化學（通常為第一學期或第一學年的內容）與更專業化、前沿化的研究領域，是學生嚮更高層次學術研究邁進的堅實橋梁。 目標讀者群體主要包括： 1. 化學專業三年級（或部分高校四年級）本科生： 已掌握基礎熱力學、化學動力學和基礎量子化學概念，需要深化理解和拓寬應用範圍的學習者。 2. 相關工科專業（如化學工程、應用化學）高年級本科生： 側重於對工程應用背景下的復雜物理化學過程的量化描述和預測。 3. 初入研階段的研究生（碩士一年級）： 需要快速迴顧並深入掌握中級物理化學核心理論，為後續的專業研究打下紮實的理論基礎。 本教材的編寫嚴格遵循“理論深度適中、強調化學本質、突齣計算能力、兼顧前沿發展”的原則，確保內容既能滿足當前國傢教學大綱對中級物理化學的要求，又能適應未來科學研究的趨勢。 教材內容結構與核心特色 本教材共分為五大部分，二十章，係統地涵蓋瞭現代物理化學領域的核心內容，其結構設計力求邏輯清晰、層層遞進。 第一部分：熱力學深入（I & II） （涵蓋章節約 1-6 章） 本部分從統計熱力學的角度對經典熱力學進行補充和深化，強調分子層麵的微觀認識如何解釋宏觀現象。 經典熱力學迴顧與拓展： 重點討論偏摩爾量、活度、化學勢在高濃度溶液和非理想係統中的精確描述。詳細闡述相平衡的嚴格理論，包括多組分、多相係統的吉布斯相律的高階應用，例如共熔點、共沸點的精細計算。 統計熱力學基礎： 詳細介紹配分函數（Partition Function）的概念及其在理想氣體、剛性轉子、量子諧振子模型中的應用。深入講解玻爾茲曼分布、費米-狄拉剋分布和玻色-愛因斯坦分布，並將其與熱力學函數的建立過程聯係起來。重點剖析理想氣體和真實氣體熵的統計學起源。 電化學熱力學： 區彆於基礎課程對能斯特方程的簡單介紹，本部分深入探討電化學電池中的非平衡態現象、界麵電荷轉移的理論模型，以及溶液中離子強度的精確計算方法（如德拜-休剋爾極限定律的推導與修正）。 第二部分：化學動力學與反應速率論（III） （涵蓋章節約 7-10 章） 本部分著重於對反應速率的微觀機理的探索和宏觀速率方程的求解策略。 速率方程的求解技巧： 係統講解定容/定壓體係下的積分法、半衰期法、初始速率法，並引入更具挑戰性的連串反應（Consecutive Reactions）和對衡反應（Reversible Reactions）的精確解析解和近似解法。 碰撞理論與過渡態理論（TST）： 詳細推導碰撞理論的速率常數錶達式，並闡述其局限性。在此基礎上，深入講解蘭道爾-派林（Eyring）過渡態理論，包括對活化能的統計力學解釋、吉布斯活化能的分解，以及熱力學參數（焓和熵）對反應活性的影響。 錶麵催化動力學： 專門闢章討論異相催化中的朗繆爾（Langmuir）吸附模型、亨利-鬍梅爾（Hougen-Watson）機理分析，並引入更復雜的反應網絡分析方法。 第三部分：分子光譜與結構（IV） （涵蓋章節約 11-14 章） 本部分將光譜學作為探測分子結構和能量的強有力工具，側重於理論模型的建立。 鏇轉與振動光譜： 深入分析剛性轉子和量子諧振子模型的能級結構，解釋微波和紅外光譜中的選擇定則和精細結構（如塞奇-布雷特效應、同位素位移）。重點引入非諧振子模型對紅外吸收帶的偏離校正。 電子光譜與分子軌道理論（MO）： 結閤分子軌道理論（Hückel法、半經驗方法），分析紫外-可見光譜中 $pi ightarrow pi^$ 和 $n ightarrow pi^$ 躍遷的本質。引入Franck-Condon原理對光譜的形狀和峰值的解釋。 核磁共振（NMR）和電子順磁共振（EPR）的理論基礎： 側重於化學位移和超精細耦閤常數的量子力學來源，解釋它們如何反映分子周圍的電子雲密度和結構環境。 第四部分：化學反應動力學前沿（V） （涵蓋章節約 15-17 章） 這部分是連接經典動力學與現代研究熱點的關鍵。 非平衡態熱力學： 引入不可逆過程的熱力學基礎，討論熵産生速率的概念，以及Onsager倒易關係在描述耦閤輸運過程中的應用。 反應速率的量子力學描述： 介紹勢能麵（Potential Energy Surface, PES）的概念，以及量子態到量子態（State-to-State）的反應截麵計算的初步思想，為後續的交叉學科研究鋪路。 光化學動力學： 聚焦於分子激發態的産生、弛豫過程（係間竄越、內轉換），並結閤時間分辨光譜技術（如飛秒光譜）分析超快過程。 第五部分：輸運現象與界麵化學（VI） （涵蓋章節約 18-20 章） 本部分關注物質、能量和電荷的傳輸過程，為化學工程應用打下基礎。 擴散與遷移： 深入討論Fick定律在不同幾何形狀和濃度梯度下的應用。引入擴散係數與分子運動性的關係，以及電解質溶液中的遷移數和電導率的理論解釋。 黏度和流體力學基礎： 闡述牛頓流體和非牛頓流體的概念，引入描述黏性的分子間作用模型，以及在化學反應器設計中的應用。 膠體與錶麵化學進階： 深入講解電雙層理論（DLVO理論），解釋膠體穩定的關鍵因素。討論界麵張力的熱力學處理，如Laplace方程和毛細現象的精確計算。 教材的教學設計特色 1. 嚴格的數學推導： 教材的每一核心公式都提供詳盡的、可追溯的數學推導過程，避免瞭“黑箱”操作，幫助學生建立對物理化學原理的深度信任。 2. 精選的算例分析： 每章包含至少 3-5 個 典型計算題及詳細解答。這些算例不僅僅是數值代入，更側重於物理意義的分析和結果的閤理性判斷。 3. “前沿視野”專欄： 在每章節末尾設置“前沿視野”或“拓展閱讀”闆塊，簡要介紹該主題在當前納米技術、生物物理或能源科學中的最新應用案例，激發學生的科研興趣。 4. 強調工具應用： 鼓勵學生使用現代計算工具（如MATLAB, Python或專業化學軟件）來模擬復雜的動力學路徑、擬閤實驗數據或求解微分方程，培養解決復雜化學問題的能力。 《中級物理化學》不僅是知識的傳授，更是科學思維訓練的載體。它緻力於將抽象的物理概念轉化為學生手中精確的化學工具，為培養未來的化學傢和工程師奠定堅實的理論基石。