圖解量子化學:一本讀懂橫跨所有化學領域的學問

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齋藤勝裕
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具体描述

量子化學橫跨所有化學領域
可說是化學根本的學問

  化學底下可再分成有機化學、無機化學、高分子化學、生物化學、分析化學等多個子領域。
  而量子化學則是一門橫跨所有化學領域,可說是化學根本的學問。
  將「量子力學」的原理運用在化學上,就是所謂的「量子化學」,
  可說明原子與電子的行為,以及分子結構、物理性質、反應性等等。
  本書將用直觀的方式,簡單說明這門學問的內容。

  化學不是只有實驗,某些化學領域僅在腦中思考理論,「量子化學」就是其中之一。
  說到化學的理論,一般人可能會有種「一堆數學式」的印象,但量子化學並非如此。
  量子化學是一門「透過圖形思考的理論」。
  化學反應中,分子會分解、融合,或者扭曲變形。
  看著圖中分子形狀的改變,一邊畫圖一邊思考,這就是量子化學。
  要不要試試看呢?歡迎進入量子化學的世界。

 
好的,这是一份针对不同主题的图书简介草稿,旨在提供深入、专业的视角,与您提供的书名《圖解量子化學:一本讀懂橫跨所有化學領域的學問》在主题上完全不同,且内容详实、风格严谨自然。 --- 图书简介一: 《失落的文明印记:探寻新石器时代晚期欧亚大陆贸易网络构建与社会变迁》 主题: 考古学、人类社会学、早期经济史 内容概要: 本书深入剖析了公元前5000年至公元前3000年间,欧亚大陆腹地和边缘地区复杂社会结构兴起与早期长距离贸易网络初步形成的考古学证据。这不是一部关于技术革新的通史,而是聚焦于特定时间段内,物质文化传播如何驱动或反映社会复杂性的演变。 核心论述: 本书首先对新石器时代晚期(Chalcolithic Period)的定义进行了细致的辨析,指出在这一阶段,铜的使用尚未成为主流,但社会分化、定居模式的固化以及对稀有资源的追求已成为推动区域间互动的关键因素。我们通过对陶器风格、石器工业(特别是黑曜石和优质燧石的来源分析)以及早期金属矿物的同位素分析,重建了数条关键的“物质流走廊”。 第一部分:区域性资源垄断与技术扩散 我们聚焦于安纳托利亚高原、乌拉尔山脉前缘以及里海东岸的考古遗址群。研究表明,尽管不同区域的农业基础各异,但对特定非本地性材料(如特定纹理的绿松石或高品质的红铜矿石前体)的获取需求,促使了早期“专业化”手工业者的出现。例如,对黑海北部草原遗址中发现的安纳托利亚风格饰品的分析,揭示了并非简单的物物交换,而可能是通过多层级的中间人网络实现资源调配。 第二部分:社会分层与身份标识 随着贸易网络的扩展,物质的稀缺性直接影响了社会等级的固化。本书详细考察了墓葬考古学数据,对比了早期酋邦聚落中“精英墓”与普通墓葬在随葬品丰富度和来源地多样性上的显著差异。在东欧大平原的扬库尔特文化(Yamnaya Culture)的早期阶段,我们观察到对战俘或边缘群体劳动的依赖性增强,这与他们对远距离获取的贵金属(即便数量稀少)的象征性占有同步发生。我们认为,这种对“异地物品”的占有,是早期统治阶层合法性构建的重要支柱。 第三部分:早期交通基础设施与定居点的选择 贸易的持续性依赖于相对稳定的交通节点。本书结合地貌学数据,分析了早期聚落选址的决策过程。在美索不达米亚北部边缘地带,聚落的扩张似乎并非仅仅受限于灌溉农业的最佳地块,而是更倾向于靠近潜在的河流或山隘通道,这些通道便利了向北(向高加索方向)和向东(向伊朗高原方向)的物资输送。此外,我们还探讨了早期“路标式”建筑或纪念碑性结构(如巨石阵的雏形)是否具有早期贸易路线指示点的功能。 结论展望: 本书旨在挑战那种将新石器时代晚期视为“孤立发展”或“缓慢演变”的传统观点,强调在铜器时代黎明之前,欧亚大陆已经存在一个活跃的、结构复杂的、驱动社会深层变革的物质流动系统。理解这些早期网络,是理解后续青铜时代文明兴起的关键前提。 --- 图书简介二: 《后殖民语境下地方性知识的重构与抵抗:以东南亚橡胶种植园的劳工史为中心》 主题: 历史学、后殖民理论、社会人类学 内容概要: 本书聚焦于20世纪初至中期,英属马来亚和法属印度支那的橡胶种植园体系,考察了全球资本主义扩张如何系统性地嵌入和重塑地方社会结构。它拒绝将劳工视为被动的经济要素,而是深入挖掘在极端剥削环境下,劳动者群体如何运用、转化和抵抗主流的殖民-科学话语,从而建构出独特的“地方性抵抗知识体系”。 核心论述: 本书的核心任务在于解构“效率”和“科学管理”的殖民叙事。在种植园经济中,欧洲管理者引入了精确的计量标准、病虫害控制技术和固定的工作时间表,这些都被包装成普世的、进步的知识体系。然而,本书通过对口述历史、秘密档案以及地方性宗教仪式的交叉分析,揭示了劳动者在这些标准之下发展出的多重策略。 第一部分:异化的时间与空间的重塑 橡胶的收割是一个严格受制于天气和生理周期的过程,这与农业社会的传统时间观念产生了剧烈冲突。我们分析了在殖民工厂围墙内,泰米尔移民、华工和当地原住民如何协商出一种“共享的延迟”(a shared latency)——一种集体性的、非正式的减速策略,以对抗殖民方设定的生产定额。这种策略不仅是消极怠工,更是一种对“被量化身体”的积极拒绝。 第二部分:植物学知识的“地方化”与反向工程 殖民植物学家将橡胶树视为纯粹的经济资产,但本书发现,劳动者阶层发展出了一套精细的、基于感官经验的植物识别系统。例如,他们通过对树皮汁液的颜色、黏稠度以及特定霉菌的生长模式的观察,来预测树木的健康状况和最佳采割时机——这些知识往往比殖民地科学家的报告更具操作性。这种“地方性植物学”成为保障自身生存利益的关键工具,甚至在某些情况下,被用来 sabotaging 殖民方的过度采割计划。 第三部分:身体政治学:疾病、巫术与集体行动 种植园是高强度的疾病温床。殖民政府主要关注传染病控制,而劳工群体则将疾病视为社会不公和地界神灵愤怒的体现。本书详尽考察了在种植园体系下,各种民间信仰(如马来地方的Boomi Putih崇拜或华人帮派的秘密结社活动)如何被重新激活,成为组织抗议和维护社群边界的隐形结构。这些基于身体经验和精神信仰的知识体系,构成了对殖民权力最深刻的哲学抵抗。 结论展望: 《失落的文明印记》不仅是对历史事实的梳理,更是一场对知识权力结构的批判性审视。它证明了,即使在最严酷的殖民控制下,地方性知识从未真正消亡,而是以一种复杂、内嵌于日常实践中的形式,持续地进行着对主流话语的解构与重塑。 --- 图书简介三: 《古代地中海世界中的远洋航行技术与地缘政治:从青铜时代到古典希腊》 主题: 海洋考古学、古典历史学、航海工程 内容概要: 本书专注于公元前1600年至公元前500年间,地中海盆地航海活动的技术飞跃及其对区域权力格局的根本性影响。它摒弃了将早期航行视为单纯的“沿岸漂流”的简化论调,而是通过对沉船遗址的船体结构分析、古代文献中对风向和洋流的描述,以及对古代港口遗迹的沉积学研究,重建了古代水手们所掌握的复杂导航科学。 核心论述: 古代航海的进步并非源于单一的发明,而是多重技术的融合,特别是对气象学、天文学以及造船材料科学的综合应用。本书将地中海视为一个由技术限制和地理机遇共同塑造的动态系统。 第一部分:船体设计与负载能力的革命 我们重点比较了米诺斯文明晚期(Mycenaean)与腓尼基早期(Phoenician)船只的设计差异。米诺斯船只偏重于内陆和短途贸易,船体结构更侧重于稳定性;而腓尼基船只则发展出更流线型的船体,以优化远洋穿越,特别是对盛行西风的利用。通过对“尤鲁姆布伦残骸”(Uluburun Wreck)等关键考古发现的重新解读,我们论证了古代船匠如何通过调整龙骨结构和舱室划分,实现了对载重量和抗沉性的平衡。 第二部分:天文导航与“看不见的地图” 古代水手在开阔水域的导航依赖于对太阳、月亮和特定星座(如昴宿星团)的精确观测。本书引入了现代天文学模拟,重建了特定历史时期日出日落位置的变化,以验证古代文本中描述的“航行角度”。我们特别关注了古代地中海世界中对于“方向感”的文化建构,即如何通过记忆中的地标(如特定的山峰轮廓或火山烟柱)与天文数据相结合,形成一套即使在阴天也能大致定位的“心智地图”。 第三部分:港口基础设施与地缘政治的关联 成功的远洋贸易需要可靠的补给和维修节点。本书考察了沿海防御工事、水利工程与港口布局的关系。在古典时期,雅典和科林斯等城邦对港口设施的投资,远超单纯的商业需求,它们实际上是军事投射和外交资源调度的关键杠杆。例如,提洛斯岛(Delos)的战略价值并非基于其本土资源,而是其作为东西方航线交汇点的中转能力,这种能力完全依赖于其港口能同时容纳不同类型船只停泊的能力。 结论展望: 古代地中海世界并非地理宿命论的产物,而是技术创新与地缘政治博弈的产物。本书展示了航海技术如何从一种生存技能,逐步演变为构建帝国和财富分配体系的核心驱动力。理解船只在水下的秘密,就是理解古代文明在陆地上的兴衰轨迹。

著者信息

作者簡介

齋藤勝裕


  1945年5月3日出生。1974年日本東北大學研究所理學研究科博士課程修畢,現為名古屋工業大學名譽教授。理學博士。專業領域包含有機化學、物理化學、光化學、超分子化學。主要著作有《絶対わかる化学シリーズ》全18冊(講談社)、《わかる化学シリーズ》全16冊(東京化學同人)、《わかる×わかった! 化学シリーズ》全14冊(OHM社)、《マンガでわかる有機化学》《毒の科学》(以上,SB Creative)、《「発酵」のことが一冊でまるごとわかる》、《「食品の科学」が一冊でまるごとわかる》、《元素がわかると化学がわかる》(以上,Beret出版);中文版著作有《科學料理:從加工、加熱、調味到保存的美味機制》(世茂)等。
 

图书目录

第Ⅰ部 量子力學
第1章 何謂量子化學
1-1 說明牛頓力學無法說明的現象
1-2 微粒子只能擁有分離的數值
1-3 無法同時精確得知兩個數值
1-4 我們只能用機率來表示電子的位置
1-5 微粒子同時具有量子的性質與波的性質
1-6 用方程式來表示電子的性質與行為
 
第2章 直線上的粒子運動
2-1 量子力學基礎中的基礎
2-2 為什麼會出現量子數
2-3 波函數的平方可表示粒子的存在機率
2-4 量子化學的最重要事項
2-5 考慮到原子結構的量子力學基礎事項
量子化學之窗 穿隧效應
 
第Ⅱ部 量子化學與原子、分子結構
第3章 原子結構
3-1 組成所有物質的微粒子
3-2 現代原子模型的建立需仰賴量子力學
3-3 原子中的電子以什麼樣的狀態存在?
量子化學之窗 為什麼要從「K」開始?
3-4 各軌域皆有其特有能量
3-5 軌域的形狀各有特色
3-6 電子會以何種狀態填入哪個軌域?
 
第4章 化學鍵
4-1 原子藉由化學鍵組成分子
4-2 原子軌域重疊所產生的鍵結
量子化學之窗 量子化學與計算機
4-3 分子軌域的計算基本上由+-×÷構成
4-4 用微分求算能量的極小值
4-5 軌域能量才是量子化學的精隨
 
第5章 分子軌域法與鍵能
5-1 形成鍵結的成鍵軌域與破壞鍵結的反鍵軌域
5-2 原子間距離改變時,鍵能也會改變
量子化學之窗 觀看原子與分子
5-3 電子進入不同軌域時,鍵能也不一樣
5-4 可旋轉且強度較高的σ鍵與不可旋轉且強度較低的π鍵
5-5 單鍵、雙鍵、三鍵
 
第6章 混成軌域與共軛分子
6-1 由電子組成的混肉漢堡排
6-2 最基本的混成軌域
量子化學之窗 團簇
6-3 由雙鍵、三鍵組成的混成軌域
6-4 介於單鍵與雙鍵之間
量子化學之窗 鍵角
6-5 由3個、5個、7個等奇數個碳所組成的共軛分子
量子化學之窗 球狀共軛分子
 
第Ⅲ部 量子化學與分子的物理性質、反應性
第7章 共軛分子的分子軌域
7-1 分子軌域法的基礎
7-2 共軛分子的分子軌域法基礎
7-3 軌域函數擁有獨特的對稱性
7-4 共軛分子愈長,能階的間隔就愈狹窄
量子化學之窗 分子軌域函數與能階的整理
7-5 環丁二烯與苯的分子軌域
量子化學之窗 分子軌域計算
 
第8章 分子的物理性質與分子軌域
8-1 為什麼共軛分子比較穩定?
量子化學之窗 分子的穩定性
8-2 π電子位於何處?
8-3 應視為幾個鍵?
8-4 自由基會以分子的哪個部分進行反應?
量子化學之窗 「就算跌倒,也不要馬上站起來」
8-5 什麼是芳香族?
8-6 芳香族化合物的性質與反應性
 
第9章 分子的發光、呈色與分子軌域
9-1 為什麼分子會發光?
量子化學之窗 色彩的三原色
9-2 水銀燈與霓虹燈的發光原理
9-3 OLED是下個世代的電視
9-4 發光與呈色屬於不同現象
9-5 為什麼漂白劑能去除顏色?
量子化學之窗 危險!別混在一起!
 
第10章 熱反應與光反應
10-1 加熱或照光都會起化學反應
10-2 原子與分子會用最外側的軌域參與反應
10-3 鏈狀化合物轉變成環狀化合物的反應
量子化學之窗 伍德沃德教授與諾貝爾獎
10-4 環中原子彼此相連,形成兩個環的反應
10-5 氫在碳之間移動的反應
量子化學之窗 理論與實驗
 
附錄章
二維、三維空間的粒子運動
1 平面上的粒子運動
2 分析平面上的粒子運動
3 波函數與能階
4 函數的表現
5 能階與簡併
6 三維空間的粒子運動與極座標
 

图书序言

  • ISBN:9786263046535
  • 叢書系列:樂讀科普
  • 規格:平裝 / 272頁 / 14.8 x 21 x 1.7 cm / 普通級 / 雙色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

用户评价

评分

坦白說,要找一本能涵蓋「橫跨所有化學領域」這個宏大目標的書,幾乎是不可能的任務,畢竟化學領域太廣了,從有機、無機、物化到分析,每個分支都有其深入的專業。然而,這本《圖解量子化學》在宏觀層面上做到了非常好的整合性展示。它並沒有試圖把所有細枝末節都塞進去,而是著重在那些作為所有化學分支基石的核心原理上。例如,它在探討分子鍵結時,不只是停留在簡單的價鍵理論,而是順帶提到了分子軌域法如何解釋共振結構和芳香性,這對於理解有機反應的機理非常有幫助。再者,它對光譜學的基本原理也有涉及,這對分析化學和物理化學的學生來說,無疑是及時雨。它讓讀者意識到,無論你未來是鑽研材料科學還是生物無機化學,背後的驅動力量都是那些基礎的量子行為。這本書的價值不在於成為某個特定領域的終極參考書,而在於提供一個穩固的共同基礎,讓不同領域的人能夠用同一套語言進行交流和理解。

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這本書的封面設計真的很有吸引力,尤其是那個彩色的排版,讓原本覺得很艱澀的量子化學好像一下子變得親切起來。我記得我第一次在書店看到它,就被那個「圖解」兩個字吸引住了,因為過去看過的教科書,那些密密麻麻的公式和符號,真的會讓人望而生畏。拿到手後翻了一下,裡面的結構安排得很用心,作者似乎很清楚讀者在學習量子化學時會卡在哪裡,所以很多複雜的概念都用很直觀的方式呈現出來。像是波函數的意義,或是薛丁格方程式的推導,過去在課堂上聽得雲裡霧裡,但透過這些圖文並茂的解釋,好像突然間就開竅了。對於我這種非理論物理背景的化學系學生來說,這本書的優點在於它成功地搭起了數學與化學直覺之間的橋樑,讓抽象的概念變得可以「看見」。我特別喜歡它在介紹原子軌域時的立體圖示,那種空間感一下子就建立起來了,而不是單純背誦 $s, p, d, f$ 軌道的形狀。這本書的編排節奏掌握得很好,不會讓人覺得內容太過鬆散或太過緊湊,讓人很願意一頁一頁往下讀,這在學術書籍中是很難得的體驗。

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我個人覺得,市面上很多強調「易懂」的科普書,往往在深入探討時會顯得力不從心,變成只有皮沒有骨頭的介紹。這本《圖解量子化學》在這方面做得非常平衡。它確實用了很多視覺輔助工具來簡化複雜性,但並沒有因此犧牲掉嚴謹性。當它介紹到微擾理論或變分法這些相對高階的概念時,雖然文字表達仍然保持親和力,但其背後的數學邏輯鏈條是完整且清晰的。這讓它不只適合初學者建立概念,對於已經學過一輪基礎物化,想要重新鞏固或加深理解的讀者來說,也具有很高的參考價值。我特別注意到它在處理量子數的選擇規則時,圖表的說明非常精準,清楚標示出哪些躍遷是被允許的,哪些是不允許的,這在實際的光譜分析應用中非常關鍵。它成功地在「科普的易讀性」和「專業知識的準確性」之間找到了一個極佳的甜蜜點,這在台灣的化學教材中算是相當少見的。

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從排版和裝幀的角度來看,這本書的用心程度真的令人讚賞。紙張的選用很不錯,不會有廉價書的油墨味,而且大開本的設計讓圖表的呈現效果極佳。很多量子化學的圖,像是機率密度雲、分子軌域能量圖,都需要足夠的空間才能看清楚細節和層次感,這本書在這方面完全沒有吝嗇。更讓我驚喜的是,它在章節的結尾處設計的一些「思考練習」部分,雖然沒有提供詳盡的解答,但那些問題的設計角度都很巧妙,往往能點出讀者在概念理解上的盲點。例如,它會問你如果改變某個原子核的電荷,軌域能量會如何變化,這類問題迫使讀者必須脫離圖表,真正去思考背後的物理意義。這種引導式的學習設計,遠比死記硬背公式來得有效,也更符合台灣現今教育體系逐漸強調的「跨域思考」能力。

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整體來說,我認為這本書最大的貢獻,在於它降低了量子力學在化學應用上的心理門檻。過去的學習經驗告訴我,量子化學往往是許多學生決定放棄化學深造的一個重要關卡,因為它的語言系統與傳統的原子、分子結構認知有著巨大的鴻溝。這本《圖解量子化學》提供了一條溫和的、視覺化的路徑去跨越這道鴻溝。它像是為那些對量子概念感到恐懼的人準備的一張「安全地圖」。雖然它不能完全取代那些上百頁的、針對特定領域的深度教材,但作為一本奠基之作,它成功地讓「量子化學」這個詞彙,從一個令人頭痛的術語,轉變成為一個可以被探索、可以被理解的迷人學問。對於大學部學生來說,它絕對是課堂外的最佳輔助教材;對於社會人士或自學者而言,它更是重新建立化學知識體系的絕佳起點,誠心推薦給所有對化學背後原理感到好奇的人。

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