观念化学V：环境化学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： John Suchocki

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在过去，有许多材料的发明，不仅改变了发明者的一生，还决定了大战役的胜负。到底是哪些偶然的发现、意外的结果，让固特异先生声名大噪、让伊士曼成为照相软片的代名词？如果你对这些人、这些事觉得好奇，《观念化学Ⅴ》将让你好好认识各种平凡的材料背后，有什么不凡的故事！

　　在未来，环境的恶化与资源的短缺，将大大改变我们的生活。如果你担心油价变成天价、不想过着缺水的生活；如果炎夏不断飙高的气温让你觉得不舒服；或者你有长远的眼光，知道对环境无害的产品未来将有无限的商机，请把你的目光照过来，《观念化学Ⅴ》要让你的明天有无限可能！
 

观念化学IV：分子结构与反应动力学 作者： [此处可填写虚构的作者姓名，例如：张宏伟 教授] 出版社： [此处可填写虚构的出版社名称，例如：新视野科学出版社] 出版日期： [此处可填写虚构的出版年份，例如：2023年10月] ISBN： [此处可填写虚构的ISBN号，例如：978-7-5086-XXXX-X] --- 内容简介 《观念化学IV：分子结构与反应动力学》是一部深入探讨化学核心概念的权威性教材与专著，旨在为化学、材料科学、生物化学以及相关工程领域的本科高年级学生和研究生提供一个全面、严谨且富有洞察力的知识体系。本书聚焦于化学世界的两个基石：物质的微观结构如何决定其宏观性质，以及分子如何以及为何发生转化（即反应动力学）。 本书的结构精心设计，层层递进，从基础的量子力学原理出发，逐步过渡到复杂分子的三维构象解析，最终详述决定化学反应速率、机理和选择性的动态过程。我们力求在保持科学严谨性的同时，采用清晰的逻辑链条和丰富的图示来阐释抽象概念，帮助读者建立起直观的化学图像。 第一部分：量子化学基础与电子结构（重建对键的理解） 本部分彻底摒弃了简化的旧有模型，采用现代量子化学的视角来审视化学键的本质。 1. 薛定谔方程与原子轨道深入解析： 详细讨论了薛定谔方程的物理意义，并系统回顾了氢原子和类氢离子的精确解。重点阐述了角动量量子数和磁量子数如何决定轨道的形状和空间取向。 2. 分子轨道理论（MO）的精细化构建： 区别于简单的线性组合法（LCAO），本章深入探讨了基于密度泛函理论（DFT）和从头算方法的实际应用。我们详细分析了σ键、π键、δ键的形成机制，并重点解析了反键轨道和非键合轨道的能级排序及其对分子稳定性的贡献。对于过渡金属配合物，引入了晶体场理论（CFT）和配位场理论（LFT），用以解释d轨道的分裂和颜色、磁性的来源。 3. 电子结构与分子几何： 深入探讨价层电子对互斥理论（VSEPR）的局限性，转而使用更精确的价键理论（VB）与分子轨道理论（MO）的结合来预测和解释复杂分子（如杂环化合物、簇合物）的键角、键长和分子构象。特别讨论了立体电子效应和离域化对结构的影响。 第二部分：分子间作用力与相态（超越孤立分子的世界） 化学现象往往发生在分子集合体中。本部分侧重于描述分子间的相互作用及其对宏观性质的支配作用。 1. 范德华力和氢键的定量描述： 不仅回顾了伦敦弥散力、偶极-偶极相互作用，更引入了更高级的相互作用势能函数（如Lennard-Jones势）和分子力学（MM）中的参数化方法。对氢键的本质——特别是强氢键和弱氢键——的电子转移和轨道重叠机制进行了深入的讨论。 2. 分子集合体的热力学： 结合统计力学原理，分析了液体、晶体和非晶态固体中分子排列的统计规律。详细阐述了晶格能的计算方法（如Born-Haber循环的扩展应用）和缺陷结构对材料性能（如半导体特性）的影响。 3. 高分子和超分子化学基础： 探讨了聚合物的拓扑结构、链构象统计（如随机游走模型）以及玻璃化转变温度（Tg）的物理本质。超分子部分侧重于客体-主体化学的几何匹配和识别机制。 第三部分：反应动力学与机理（时间维度上的化学） 反应速率是理解化学过程的关键。本部分将化学研究的焦点从“能做什么”转向“如何发生”和“多快发生”。 1. 碰撞理论与活化理论的演进： 从经典的碰撞理论出发，系统推导并剖析了过渡态理论（TST），强调了吉布斯自由能、焓和熵在反应速率中的确切角色。详细讨论了熵项对反应活性的反常影响。 2. 反应速率方程与实验测量： 详细讲解了零级、一级、二级反应的积分和微分速率定律，并介绍了拟一级反应和复杂反应级数的确定方法。重点介绍了弛豫法、闪光光解法等现代瞬态动力学技术在研究快速反应中的应用。 3. 势能面与反应坐标： 这是本书的难点和重点。通过多维势能面（Potential Energy Surface, PES）的概念，精确描绘了反应物的能量演化路径。着重分析了鞍点（过渡态）的结构特征，以及如何通过量子化学计算来确定反应的活化能和反应物/产物间的能量差。讨论了环状反应（如Diels-Alder反应）的轨道对称性要求（Woodward-Hoffmann规则）对动力学路径的控制。 4. 催化作用的微观机制： 探讨了均相和非均相催化剂如何通过降低反应的有效活化能（改变PES）来加速反应。特别是对酶催化中的“锚定效应”和“应力诱导”机制进行了详细的分子水平解析。 目标读者与特点 本书的特点在于其深度和广度。它要求读者具备扎实的普通化学基础，并能够理解微积分和线性代数在描述化学现象中的应用。它不仅是理论知识的集合，更是培养学生进行化学预测和问题解决能力的重要工具。读者将能够运用量子化学的结果来解释动力学数据，并基于分子结构设计具有特定反应活性的新型物质。 《观念化学IV：分子结构与反应动力学》是连接理论化学与应用化学的坚实桥梁，是化学专业人士进阶学习不可或缺的参考书。

作者简介

苏卡奇John Suchocki

　　美国维吉尼亚州立邦联大学有机化学博士。他不仅是出色的化学教师，也是大名鼎鼎的《观念物理》作者休伊特（Paul G. Hewitt）的外甥。在取得博士学位并从事两年的药理学研究后，苏卡奇前往夏威夷州立大学担任客座教授，并且在那里与休伊特一同钻研大学教科书的写作，从此对化学教育工作欲罢不能。

　　苏卡奇最拿手的，就是带领学生从生活中探索化学，他说：「当你好奇大地、天空和海洋是什么构成的，你想的就是化学。」他总是想着要如何用最贴近生活的例子，给学生最清晰的观念；他也相信，只要从基本观念着手，化学会是最实际且一生受用不尽的科学。 目前，苏卡奇与他的妻子、三个可爱的小孩，定居在佛蒙特州，并且在圣米迦勒学院担任教职，继续他热爱的教书、写书，还有词曲创作的生活。

译者简介

李千毅

　　中兴大学植物系毕业，密西根大学生物硕士，曾任天下文化资深编辑，现为文字工作者。译有《观念生物学1～4》、《观念化学IV》、《现代化学II》（合译）、《金色双螺旋》（合译）等。
 

观念化学Ⅴ环境化学

第16章　淡水资源
16.0 淡水是有限的资源
16.1 水文循环
16.2 我们把水用到哪里去了？
16.3 净水厂让我们喝得安心
16.4 从咸水变成淡水
16.5 水污染源哪里来？
16.6 微生物能改变水中的氧浓度
16.7 将废水处理过再排放

第17章　空气资源
17.0 一个行星，一个大气层
17.1 大气层是很多种气体的混合物
17.2 空气污染无所不在
17.3 臭氧层：地球的防护罩
17.4 空气污染与全球增温

第18章　物质资源
18.0 材料科技日新月异
18.1 纸是由纤维素构成的
18.2 塑胶：科学实验意外发现
18.3 金属来自地球有限的矿石资源
18.4 将金属化合物转变成金属
18.5 玻璃主要来自硅酸盐
18.6 陶瓷遇热会硬化
18.7 复合材料

第19章　能源
19.0 能源：决定人类的当前与未来
19.1 电能是一种方便的能源形式
19.2 化石燃料存量有限
19.3 核能有两种形式
19.4 展望永续能源
19.5 用水来发电
19.6 生物质量提供化学能
19.7 从日光生产能量
19.8 未来的经济要仰赖氢气

观念考验解答
元素週期表
附记 用孩子般好奇的眼睛看世界
志谢
图片来源

序

到化学世界逛逛

　　欢迎各位到化学世界来。在这个奇妙的世界里，你们身边的所有东西，都可以追溯到不可置信的微小颗粒上。这种颗粒叫做原子。化学是研究原子怎么结合成物质的学问。学了化学之后，你们看事情会有全新的视野，不仅知道物质是怎么形成的，也知道它们为什么会表现出这种特性。

　　化学是一门非常实际的科学。在了解了原子的行为模式，并找到方法进一步加以控制原子的行为后，化学家就开始制造出许多有用的新物质，例如：合金、肥料、药品、聚合物、电脑晶片、合成DNA等等。这些物质把人类的生活提升到空前的水准。就凭化学对我们社会有这么大的影响，就值得好好把它搞清楚。更重要的是，有了基本的化学知识之后，你可以自己评估，那些新颖的技术是否会对环境造成剧烈冲击，是否值得信赖。你也可以自己判断有些人的说法是不是对的，而不会被别人牵着鼻子走。

　　《观念化学》介绍的是化学观念，主要的重点是观念理解而不是计算技巧。虽然有时候会有些看似难解的化学观念出现，但其实这些观念都很直接易懂，只要你有学习的意愿，就能弄懂它。你付出的努力将会有丰硕的成果。你不但能学习到和环境有关的新知识，也会了解自身和环境之间的关系，还能改善学习技巧，变成较精通思考的人。不过你要记得，学化学就和学习所有的东西一样，要有付出，才会有收获。

　　我很喜欢化学，我知道你一定也会喜欢的。因此，穿上鞋子，和我一起到化学世界去逛逛吧。我们就从最基本的观念开始。

用《观念化学》教化学观念
 
当老师的都希望我们的教导对学生有长期的正面影响。因此，我们注意的是学生该学习的且最重要的东西。对学生来说，化学课程的目标非常明显，他们应该要熟悉化学的基本概念，甚至要让他们觉得化学很有意思，尤其是那些和日常生活有关的东西。举例来说，肥皂是怎么作用的？冰为什么会浮在水上等等。学生应该能区别「同温层臭氧的消耗殆尽」和「全球温暖化」这两个问题有什么不同；也该知道怎样才能确定饮水的供应是否安全，他们应该学会，物质在原子和分子的尺度上是怎么回事。不仅如此，在学习化学课程后，学生应该了解科学探索的方法，也比较能把自己学会的知识教给下一代。简单的说，学生应该有高于平均素质的科学水准。
 
这是很伟大的目标，而它是否能成功，和我们当老师的是否尽了最大的力有关。不过从我接触过的学生那儿听到的意见是，他们并不是觉得有必要学化学。他们感兴趣的，倒不一定是化学知识，而是希望在学习过程中，发展自己的科学观念。
 
诚如所有科学教育工作者所知，化学以及许多化学观念是发展高阶思考技巧的优良沃土。因此，我们应该把这一项科学的特质和所有学生分享，它可以调合到不同的程度，适应各不同科系的学生。学生进入大学并不是只想学习某些特定的学业科目，也想发展健全的人格特质。健全的人格发展，应该也包括增进分析能力与口语沟通技巧，同时强化自己面对各种不同挑战的信心。因此，我们教化学时，不只能帮助学生学好化学，也能帮助学生了解自己并认清自己的潜力。
 
这就是为什么我要写这套《观念化学》的原因。从目录里大家可以发现，这套书介绍了完整的化学知识。而且，这套书也的确如它的书名所言，是在介绍化学观念，帮助学生理解微观尺度分子与原子的行为，从中了解分子与原子的行为如何构成并且影响巨观的物质环境，让学生对自然世界有更深的认识，并了解物质的行为与运作模式。

评分☆☆☆☆☆

这本书让我第一次真正意义上理解了“生态毒理学”这个概念的内涵。在此之前，我一直以为环境污染只是对环境造成物理上的破坏，但这本书的讲解让我意识到，这些污染物是如何与生物体内的化学物质发生相互作用，从而对生物的生理功能产生干扰的。书中关于重金属在生物体内积累的机制，以及农药对神经系统和内分泌系统的影响，都描述得非常详细。我特别被关于持久性有机污染物（POPs）在食物链中逐级富集的例子所打动，那些看似微不足道的污染物，最终却能对处于食物链顶端的生物造成毁灭性的打击。书中对这些化学物质的生物转化和降解过程也进行了深入的探讨，让我明白了为什么有些污染物会在环境中长期存在。读完这部分内容，我才意识到，环境保护不仅仅是治理污染源，更是要关注污染物对生态系统的长期影响，以及如何通过化学和生物学的方法来降低这些影响。这本书让我从一个旁观者的角度，变成了更具有同理心和责任感的观察者，对生命和环境的关系有了更深刻的体悟。

评分☆☆☆☆☆

这套“观念化学”系列一直是我化学学习路上的指路明灯，而其中的“环境化学”更是让我对我们赖以生存的地球有了全新的认识。以往我对环境问题的理解，多停留在一些宏观的、直观的感受上，比如空气污染、水体富营养化等等。但这本书深入浅出地将这些现象背后的化学原理一一剖析。它并没有一味地堆砌枯燥的化学方程式，而是通过生动形象的比喻和贴近生活的案例，将复杂的化学概念变得触手可及。我尤其喜欢书中关于大气化学部分的讲解，那些关于臭氧层空洞的形成、温室效应的机理，以及各种污染物在大气中转化的路径，都被描绘得有条不紊。读完之后，我不再是简单地看到烟囱冒出的黑烟就感到厌恶，而是能联想到其中可能涉及的氧化还原反应、自由基链式反应等等，这让我对环境保护的认识上升到了一个更高的层次。当然，书中对水化学和土壤化学的探讨也同样精彩，让我理解了为什么有些地方的水质会下降，为什么土壤会板结，这些背后都有着深刻的化学逻辑。总而言之，这本书不仅是一本环境化学的教科书，更是一本引导读者用化学的视角去理解和解决环境问题的启蒙读物，极大地拓宽了我的视野，让我对这个世界有了更深入的洞察。

评分☆☆☆☆☆

这本书的逻辑结构非常清晰，每一章节都围绕着一个核心的环境化学主题展开，层层递进，引人入胜。我喜欢它在介绍一个概念时，总会先从一个实际的环境问题入手，然后逐步引入相关的化学原理。例如，在讲解大气沉降时，它并没有直接给出复杂的化学反应式，而是先描绘了酸雨对森林和建筑物的破坏，然后才慢慢解释了二氧化硫和氮氧化物在大气中如何转化生成硫酸和硝酸，并最终随雨水落到地面的过程。这种“问题导向”的学习方式，让我在理解化学原理的同时，也深刻体会到了这些知识在现实中的重要性。书中对各种环境监测技术和分析方法的介绍，也让我大开眼界。了解到科学家们是如何通过各种化学手段来检测空气和水中的污染物，以及如何评估环境的健康状况。这种对科学研究方法和技术细节的披露，让我觉得这本书不仅仅是理论的讲解，更是对环境科学研究的一次全面展示。它让我看到了科学家们为了保护地球所付出的努力和智慧。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对化学抱有强烈好奇心的人，我一直想找到一本能够将化学理论与现实生活中的环境问题巧妙结合的书籍。这本书在这方面做得非常出色。它以一种引人入胜的方式，将许多我们日常生活中可能忽略的化学现象背后隐藏的深刻原理展现出来。我尤其喜欢书中关于可持续化学的章节，它不仅仅列举了各种“绿色化学”的理念，更是通过具体的案例，例如生物可降解塑料的合成，或者减少有害物质使用的生产工艺，来展示如何通过化学创新来解决环境问题。书中对原子经济性和E-因子等概念的解释，让我对如何评估化学过程的环保性有了清晰的认识。它让我明白，真正的环保不仅仅是末端治理，更是要从源头上就设计出更环保的化学过程。读到这部分内容，我感到非常振奋，因为它让我看到了化学在解决人类面临的重大挑战中的积极作用，也让我对未来的化学发展充满了期待。这本书让我看到了化学的另一面，它不只是实验室里的试管和烧杯，更是解决现实世界问题的重要工具。

评分☆☆☆☆☆

从物理化学的角度切入环境问题，这本书提供了一种非常独特的视角。它并非单纯地罗列环境污染事件，而是将重心放在了这些事件背后的能量变化、平衡移动以及反应动力学上。我读到关于工业废水处理的章节时，就被书中详细阐述的化学沉淀、氧化还原以及吸附等过程深深吸引。那些关于pH值对沉淀效率的影响，或者催化剂在污染物降解中的作用，都通过清晰的图表和严谨的公式得到了解释。更让我印象深刻的是，书中并没有止步于理论的阐述，而是强调了这些化学过程在实际应用中的挑战，比如如何提高反应速率，如何降低能耗，以及如何处理反应过程中产生的副产物。这种将理论与实践紧密结合的方式，让我觉得这本书的价值远超一般的科普读物。它不仅仅是知识的传递，更是思维方式的培养。我开始能够从更宏观和更根本的层面去思考环境问题，理解为什么某些治理方法会有效，而另一些则可能事倍功半。这种基于物理化学原理的分析，让我对环境科学的认识更加深刻和系统。