圖解量子化學:一本讀懂橫跨所有化學領域的學問

圖解量子化學:一本讀懂橫跨所有化學領域的學問 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

齋藤勝裕
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具體描述

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。

  化學不是隻有實驗,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、融閤,或者扭麯變形。
  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,這是一份針對不同主題的圖書簡介草稿,旨在提供深入、專業的視角,與您提供的書名《圖解量子化學:一本讀懂橫跨所有化學領域的學問》在主題上完全不同,且內容詳實、風格嚴謹自然。 --- 圖書簡介一: 《失落的文明印記:探尋新石器時代晚期歐亞大陸貿易網絡構建與社會變遷》 主題: 考古學、人類社會學、早期經濟史 內容概要: 本書深入剖析瞭公元前5000年至公元前3000年間,歐亞大陸腹地和邊緣地區復雜社會結構興起與早期長距離貿易網絡初步形成的考古學證據。這不是一部關於技術革新的通史,而是聚焦於特定時間段內,物質文化傳播如何驅動或反映社會復雜性的演變。 核心論述: 本書首先對新石器時代晚期(Chalcolithic Period)的定義進行瞭細緻的辨析,指齣在這一階段,銅的使用尚未成為主流,但社會分化、定居模式的固化以及對稀有資源的追求已成為推動區域間互動的關鍵因素。我們通過對陶器風格、石器工業(特彆是黑曜石和優質燧石的來源分析)以及早期金屬礦物的同位素分析,重建瞭數條關鍵的“物質流走廊”。 第一部分:區域性資源壟斷與技術擴散 我們聚焦於安納托利亞高原、烏拉爾山脈前緣以及裏海東岸的考古遺址群。研究錶明,盡管不同區域的農業基礎各異,但對特定非本地性材料(如特定紋理的綠鬆石或高品質的紅銅礦石前體)的獲取需求,促使瞭早期“專業化”手工業者的齣現。例如,對黑海北部草原遺址中發現的安納托利亞風格飾品的分析,揭示瞭並非簡單的物物交換,而可能是通過多層級的中間人網絡實現資源調配。 第二部分:社會分層與身份標識 隨著貿易網絡的擴展,物質的稀缺性直接影響瞭社會等級的固化。本書詳細考察瞭墓葬考古學數據,對比瞭早期酋邦聚落中“精英墓”與普通墓葬在隨葬品豐富度和來源地多樣性上的顯著差異。在東歐大平原的揚庫爾特文化(Yamnaya Culture)的早期階段,我們觀察到對戰俘或邊緣群體勞動的依賴性增強,這與他們對遠距離獲取的貴金屬(即便數量稀少)的象徵性占有同步發生。我們認為,這種對“異地物品”的占有,是早期統治階層閤法性構建的重要支柱。 第三部分:早期交通基礎設施與定居點的選擇 貿易的持續性依賴於相對穩定的交通節點。本書結閤地貌學數據,分析瞭早期聚落選址的決策過程。在美索不達米亞北部邊緣地帶,聚落的擴張似乎並非僅僅受限於灌溉農業的最佳地塊,而是更傾嚮於靠近潛在的河流或山隘通道,這些通道便利瞭嚮北(嚮高加索方嚮)和嚮東(嚮伊朗高原方嚮)的物資輸送。此外,我們還探討瞭早期“路標式”建築或紀念碑性結構(如巨石陣的雛形)是否具有早期貿易路綫指示點的功能。 結論展望: 本書旨在挑戰那種將新石器時代晚期視為“孤立發展”或“緩慢演變”的傳統觀點,強調在銅器時代黎明之前,歐亞大陸已經存在一個活躍的、結構復雜的、驅動社會深層變革的物質流動係統。理解這些早期網絡,是理解後續青銅時代文明興起的關鍵前提。 --- 圖書簡介二: 《後殖民語境下地方性知識的重構與抵抗:以東南亞橡膠種植園的勞工史為中心》 主題: 曆史學、後殖民理論、社會人類學 內容概要: 本書聚焦於20世紀初至中期,英屬馬來亞和法屬印度支那的橡膠種植園體係,考察瞭全球資本主義擴張如何係統性地嵌入和重塑地方社會結構。它拒絕將勞工視為被動的經濟要素,而是深入挖掘在極端剝削環境下,勞動者群體如何運用、轉化和抵抗主流的殖民-科學話語,從而建構齣獨特的“地方性抵抗知識體係”。 核心論述: 本書的核心任務在於解構“效率”和“科學管理”的殖民敘事。在種植園經濟中,歐洲管理者引入瞭精確的計量標準、病蟲害控製技術和固定的工作時間錶,這些都被包裝成普世的、進步的知識體係。然而,本書通過對口述曆史、秘密檔案以及地方性宗教儀式的交叉分析,揭示瞭勞動者在這些標準之下發展齣的多重策略。 第一部分:異化的時間與空間的重塑 橡膠的收割是一個嚴格受製於天氣和生理周期的過程,這與農業社會的傳統時間觀念産生瞭劇烈衝突。我們分析瞭在殖民工廠圍牆內,泰米爾移民、華工和當地原住民如何協商齣一種“共享的延遲”(a shared latency)——一種集體性的、非正式的減速策略,以對抗殖民方設定的生産定額。這種策略不僅是消極怠工,更是一種對“被量化身體”的積極拒絕。 第二部分:植物學知識的“地方化”與反嚮工程 殖民植物學傢將橡膠樹視為純粹的經濟資産,但本書發現,勞動者階層發展齣瞭一套精細的、基於感官經驗的植物識彆係統。例如,他們通過對樹皮汁液的顔色、黏稠度以及特定黴菌的生長模式的觀察,來預測樹木的健康狀況和最佳采割時機——這些知識往往比殖民地科學傢的報告更具操作性。這種“地方性植物學”成為保障自身生存利益的關鍵工具,甚至在某些情況下,被用來 sabotaging 殖民方的過度采割計劃。 第三部分:身體政治學:疾病、巫術與集體行動 種植園是高強度的疾病溫床。殖民政府主要關注傳染病控製,而勞工群體則將疾病視為社會不公和地界神靈憤怒的體現。本書詳盡考察瞭在種植園體係下,各種民間信仰(如馬來地方的Boomi Putih崇拜或華人幫派的秘密結社活動)如何被重新激活,成為組織抗議和維護社群邊界的隱形結構。這些基於身體經驗和精神信仰的知識體係,構成瞭對殖民權力最深刻的哲學抵抗。 結論展望: 《失落的文明印記》不僅是對曆史事實的梳理,更是一場對知識權力結構的批判性審視。它證明瞭,即使在最嚴酷的殖民控製下,地方性知識從未真正消亡,而是以一種復雜、內嵌於日常實踐中的形式,持續地進行著對主流話語的解構與重塑。 --- 圖書簡介三: 《古代地中海世界中的遠洋航行技術與地緣政治:從青銅時代到古典希臘》 主題: 海洋考古學、古典曆史學、航海工程 內容概要: 本書專注於公元前1600年至公元前500年間,地中海盆地航海活動的技術飛躍及其對區域權力格局的根本性影響。它摒棄瞭將早期航行視為單純的“沿岸漂流”的簡化論調,而是通過對沉船遺址的船體結構分析、古代文獻中對風嚮和洋流的描述,以及對古代港口遺跡的沉積學研究,重建瞭古代水手們所掌握的復雜導航科學。 核心論述: 古代航海的進步並非源於單一的發明,而是多重技術的融閤,特彆是對氣象學、天文學以及造船材料科學的綜閤應用。本書將地中海視為一個由技術限製和地理機遇共同塑造的動態係統。 第一部分:船體設計與負載能力的革命 我們重點比較瞭米諾斯文明晚期(Mycenaean)與腓尼基早期(Phoenician)船隻的設計差異。米諾斯船隻偏重於內陸和短途貿易,船體結構更側重於穩定性;而腓尼基船隻則發展齣更流綫型的船體,以優化遠洋穿越,特彆是對盛行西風的利用。通過對“尤魯姆布倫殘骸”(Uluburun Wreck)等關鍵考古發現的重新解讀,我們論證瞭古代船匠如何通過調整龍骨結構和艙室劃分,實現瞭對載重量和抗沉性的平衡。 第二部分:天文導航與“看不見的地圖” 古代水手在開闊水域的導航依賴於對太陽、月亮和特定星座(如昴宿星團)的精確觀測。本書引入瞭現代天文學模擬,重建瞭特定曆史時期日齣日落位置的變化,以驗證古代文本中描述的“航行角度”。我們特彆關注瞭古代地中海世界中對於“方嚮感”的文化建構,即如何通過記憶中的地標(如特定的山峰輪廓或火山煙柱)與天文數據相結閤,形成一套即使在陰天也能大緻定位的“心智地圖”。 第三部分:港口基礎設施與地緣政治的關聯 成功的遠洋貿易需要可靠的補給和維修節點。本書考察瞭沿海防禦工事、水利工程與港口布局的關係。在古典時期,雅典和科林斯等城邦對港口設施的投資,遠超單純的商業需求,它們實際上是軍事投射和外交資源調度的關鍵杠杆。例如,提洛斯島(Delos)的戰略價值並非基於其本土資源,而是其作為東西方航綫交匯點的中轉能力,這種能力完全依賴於其港口能同時容納不同類型船隻停泊的能力。 結論展望: 古代地中海世界並非地理宿命論的産物,而是技術創新與地緣政治博弈的産物。本書展示瞭航海技術如何從一種生存技能,逐步演變為構建帝國和財富分配體係的核心驅動力。理解船隻在水下的秘密,就是理解古代文明在陸地上的興衰軌跡。

著者信息

作者簡介

齋藤勝裕


  1945年5月3日齣生。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《絶対わかる化學シリーズ》全18冊(講談社)、《わかる化學シリーズ》全16冊(東京化學同人)、《わかる×わかった! 化學シリーズ》全14冊(OHM社)、《マンガでわかる有機化學》《毒の科學》(以上,SB Creative)、《「発酵」のことが一冊でまるごとわかる》、《「食品の科學」が一冊でまるごとわかる》、《元素がわかると化學がわかる》(以上,Beret齣版);中文版著作有《科學料理:從加工、加熱、調味到保存的美味機製》(世茂)等。
 

圖書目錄

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 微粒子隻能擁有分離的數值
1-3 無法同時精確得知兩個數值
1-4 我們隻能用機率來錶示電子的位置
1-5 微粒子同時具有量子的性質與波的性質
1-6 用方程式來錶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 為什麼會齣現量子數
2-3 波函數的平方可錶示粒子的存在機率
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 軌域能量纔是量子化學的精隨
 
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 可鏇轉且強度較高的σ鍵與不可鏇轉且強度較低的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 芳香族化閤物的性質與反應性
 
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 鏈狀化閤物轉變成環狀化閤物的反應
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 平麵上的粒子運動
2 分析平麵上的粒子運動
3 波函數與能階
4 函數的錶現
5 能階與簡併
6 三維空間的粒子運動與極座標
 

圖書序言

  • ISBN:9786263046535
  • 叢書係列: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
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

用戶評價

评分

這本書的封麵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」兩個字吸引住瞭,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。拿到手後翻瞭一下,裡麵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齣來。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,好像突然間就開竅瞭。對於我這種非理論物理背景的化學係學生來說,這本書的優點在於它成功地搭起瞭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瞭,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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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,畢竟化學領域太廣瞭,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》在宏觀層麵上做到瞭非常好的整閤性展示。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,不隻是停留在簡單的價鍵理論,而是順帶提到瞭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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我個人覺得,市麵上很多強調「易懂」的科普書,往往在深入探討時會顯得力不從心,變成隻有皮沒有骨頭的介紹。這本《圖解量子化學》在這方麵做得非常平衡。它確實用瞭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,雖然文字錶達仍然保持親和力,但其背後的數學邏輯鏈條是完整且清晰的。這讓它不隻適閤初學者建立概念,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,圖錶的說明非常精準,清楚標示齣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」之間找到瞭一個極佳的甜蜜點,這在颱灣的化學教材中算是相當少見的。

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整體來說,我認為這本書最大的貢獻,在於它降低瞭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,因為它的語言係統與傳統的原子、分子結構認知有著巨大的鴻溝。這本《圖解量子化學》提供瞭一條溫和的、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係的絕佳起點,誠心推薦給所有對化學背後原理感到好奇的人。

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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錶的呈現效果極佳。很多量子化學的圖,像是機率密度雲、分子軌域能量圖,都需要足夠的空間纔能看清楚細節和層次感,這本書在這方麵完全沒有吝嗇。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,往往能點齣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錶,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,也更符閤颱灣現今教育體係逐漸強調的「跨域思考」能力。

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