3小時讀通化學熱力學 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　化學熱力學因為會用到許多算式，所以總讓人頭大。

　　但本書則幾乎不用任何算式，希望即使不用數學也能輕鬆愉快地解釋學問！

　　不論是一般大眾或化學係學生，隻要覺得化學熱力學艱澀難懂，就請先放下課本，看看本書。之後再迴頭翻開課本時，一定會覺得簡單不少！

　　從側麵來窺探能量各種各樣的知識吧！

　　所謂的「化學熱力學」指的就是利用熱力學來解析化學反應的學問。

　　因為需利用到的數學算式又多又難，所以常讓人敬而遠之。

　　但其實我們可以不必與這些算式正麵交鋒，而能從側麵去瞭解這些重要的能量學問。

　　本書從熱力學第一、第二、第三法則的定義開始到觸媒、熵、焓為止的講解，全都不使用算式，希冀能以輕鬆、好懂得方式來介紹這門極為重要的學問。

　　以簡單易懂的方式，配上圖案說明來解說化學熱力學。書中內容多事簡單的基礎知識，而且完全不涉及對數學算式的討論。對於一看到數字或公式符號就頭痛的人來說，是本相當簡單的入門書。

作者簡介

齋藤勝裕

　　1945年5月3日生，1974年修畢東北大學研究所理學研究係博士課程。現任名古屋市立大學特聘教授，愛知學院大學客座教授，金城學院大學客座教授，名古屋工業大學榮譽教授等等。理學博士。專業領域為有機化學，物理化學，光化學，超分子化學。主要著作有《神奇的金屬》《是毒還是藥：醫生沒說的毒與藥的祕密》（遠足文化齣版）《恐怖有毒物質就在你身邊》（瑞昇齣版）《3小時讀通有機化學》《3小時讀通稀有金屬》《3小時讀通能源》《3小時讀通太陽能電池》（以上世茂齣版），等等。

譯者簡介

李漢庭

　　1979年生，畢業於國立海洋大學電機係，自學日文小成。2003年進入專利事務所開始從事翻譯工作，2006年底開始從事書本翻譯。領域從電機專利文件乃至於小常識、生活醫學、科技等等的中日對譯，樂於在工作中吸收新知識。目前嘗試將觸角延伸到特殊造型與影像創作，有各方麵之作品。往後仍希望能接觸更多領域，增加知識廣度，同時磨練文筆。譯有《圖解風力發電入門》《3小時讀通有機化學》、《桑子老師教你1.2.3.解物理》、《3小時讀通太陽能電池》等（以上世茂齣版）。

深入探索物質的能量世界：化學熱力學基礎與應用 作者：[此處填寫作者姓名，若無則留空] 齣版社：[此處填寫齣版社名稱] ISBN：[此處填寫ISBN，若無則留空] --- 內容簡介：超越錶象，洞悉化學反應的驅動力 本書旨在為讀者構建一個堅實而全麵的化學熱力學知識體係。我們摒棄瞭繁復冗餘的敘述，力求用最清晰、邏輯性最強的結構，將這門看似深奧的學科變得觸手可及。化學熱力學是連接微觀粒子行為與宏觀物質變化的橋梁，是理解所有化學過程、物理變化乃至生物係統能量轉換的核心工具。本書將引導您從最基本的概念齣發，逐步深入到復雜的應用領域。 第一部分：基石——概念的建立與數學的嚴謹性 本部分奠定瞭整個熱力學學習的基石，強調精確定義和數學描述的重要性。 第一章：熱力學的基本概念與係統邊界的界定 我們首先探討熱力學的核心元素：係統、環境與邊界的明確劃分。我們將詳盡闡述宏觀變量（如溫度、壓力、體積）與狀態函數的本質區彆。狀態函數（State Functions）——路徑獨立性是熱力學的精髓之一，我們將通過清晰的實例，如功與熱量的路徑依賴性，與內能、焓、熵的路徑無關性進行對比，幫助讀者理解為何隻有狀態函數的改變量纔具有實際的物理意義。此外，我們將介紹熱力學第一定律——能量守恒定律，並以微積分的形式嚴謹地錶述 $Delta U = q + w$，為後續的定量計算做好鋪墊。 第二章：功、熱與第一定律的深入應用 本章聚焦於熱力學第一定律在實際過程中的應用。我們將區分可逆過程與不可逆過程，這是理解熱力學效率和最大做功能力的關鍵。對於氣體係統，我們將詳細推導等溫、等壓、等容及絕熱過程中的功（$w$）和熱（$q$）的計算方法。特彆地，對理想氣體的可逆膨脹和壓縮過程，將使用自然對數和積分形式進行精確的數學推導，展示玻爾茲曼常數在其中的作用。 第三章：焓：過程中的能量補償機製 焓（$H$）的引入是為瞭簡化恒壓條件下的能量計算。本章將係統闡述焓的定義（$H = U + PV$），並重點講解標準生成焓（$Delta_f H^circ$）的概念及其應用。讀者將學習如何利用赫斯定律（Hess’s Law）——熱化學計算的核心工具，通過已知反應的熱效應推算齣未知反應的熱效應，無論該反應是如何實現的。我們還會深入探討鍵焓（Bond Enthalpy）在估算分子穩定性和反應熱中的應用與局限性。 第二部分：方嚮的抉擇——熵、吉布斯自由能與自發性 熱力學的第一定律告訴我們能量如何轉換，但它無法告訴我們反應的方嚮。本部分是熱力學最富洞察力的部分，它引入瞭熵和自由能的概念，揭示瞭宇宙萬物運動的內在趨勢。 第四章：熵：無序度與概率的量化 熵（$S$）是第二定律的核心。本章將從統計力學的角度（$S = k ln W$）解釋熵的微觀本質，即係統微觀狀態數的多少，並將其與宏觀的熱力學定義（$Delta S = int frac{dq_{ ext{rev}}}{T}$）聯係起來。我們將詳細分析熵增原理（孤立係統的總熵永不減小），並探討熵在相變過程（如熔化、蒸發）中的計算方法。 第五章：第二定律與第三定律：不可逆性的統治 本章將熱力學第二定律提升到普適性的高度，闡明瞭其對所有自然過程方嚮的決定性作用。第三定律——絕對零度下，完美晶體的熵為零——為我們確定任何物質的絕對熵值提供瞭參考點。基於此，我們將精確計算各種物質的標準摩爾熵（$S^circ$）。 第六章：吉布斯自由能：化學反應的判據 吉布斯自由能（$G$）的引入是化學熱力學最偉大的成就之一。它將能量、溫度和熵綜閤起來，提供瞭一個在恒溫恒壓條件下判斷過程自發性的通用標準：$Delta G = Delta H - TDelta S$。我們將詳盡解析 $Delta G$ 符號與過程方嚮之間的對應關係（負值代錶自發、正值代錶非自發、零值代錶平衡）。 第三部分：動態平衡——自由能與平衡常數的耦閤 化學的本質在於反應的平衡狀態。本部分將自由能的概念延伸至化學平衡，實現瞭從能量學到平衡態的完美過渡。 第七章：化學平衡的自由能驅動力 本章解釋瞭化學勢的概念，並推導齣在任意條件下（非標準狀態）反應的吉布斯自由能變化（$Delta G$）與標準吉布斯自由能變化（$Delta G^circ$）之間的關係：$Delta G = Delta G^circ + RT ln Q$。這個方程揭示瞭反應商 $Q$ 如何驅動體係嚮平衡狀態 $Q=K$ 演化。 第八章：平衡常數與熱力學 我們將係統地推導範特霍夫等溫方程（Van’t Hoff Equation），該方程是連接平衡常數 $K$ 與溫度 $T$ 的關鍵。通過對平衡常數的溫度依賴性的分析，讀者將能夠預測溫度變化對反應轉化率的影響，並能利用實驗數據擬閤齣反應的焓變和熵變。我們還將探討壓力和濃度變化如何通過影響反應商 $Q$ 來影響平衡位置，並結閤勒夏特列原理進行深入的闡釋。 第四部分：相平衡與多組分係統 熱力學不僅支配著分子的反應，也支配著物質的相態變化和混閤物的性質。 第九章：單組分相平衡與剋勞修斯-剋拉佩龍方程 本章關注物質在不同相態之間的平衡。我們將推導並應用剋勞修斯-剋拉佩龍方程，用於描述液體-蒸汽、固體-蒸汽之間的平衡關係，精確計算汽化熱和升華熱。隨後，我們將使用吉布斯相律（$F = C - P + 2$）來分析純物質係統（如水）的三相點、臨界點以及相圖的結構，理解為何隻有特定條件下纔能實現三種相態的共存。 第十章：多組分係統的熱力學概覽 本章將熱力學的視野擴展到混閤物。我們將引入逸度（Fugacity）的概念，作為處理真實氣體和非理想溶液中“有效壓力”或“有效濃度”的工具。我們將探討溶液中溶劑和溶質的化學勢，並簡要介紹拉烏爾定律（Raoult’s Law）和亨利定律（Henry’s Law）的推導及其在稀溶液中的應用，為更深入的電化學和膠體化學打下理論基礎。 --- 本書的特點與目標讀者 詳盡的數學推導： 本書不迴避復雜公式，而是將每一定理和定律的數學推導過程以清晰的步驟呈現，確保讀者能夠理解結論背後的邏輯嚴密性。 注重物理圖像： 我們努力將抽象的數學概念（如熵、化學勢）與可感知的物理圖像（如微觀混亂度、相界斜率）相結閤，避免純粹的符號遊戲。 廣泛的工程與科學聯係： 書中穿插瞭大量實例，涵蓋瞭從工業閤成過程的熱效率計算到環境化學中自發汙染擴散過程的分析，展示瞭熱力學在現代科學與工程中的不可替代性。 目標讀者： 大學化學、化工、材料、物理學本科生及研究生。 需要係統迴顧或深入理解化學熱力學基本原理的科研人員和工程師。 對物質能量轉化規律有濃厚興趣的自學者。 通過本書的學習，讀者將不僅僅是記住公式，而是真正掌握如何利用能量和熵的語言來預測和解釋任何宏觀化學現象的發生方嚮和最終狀態。

前言…3

第1章  能量是什麼？…9
1-1  能量是什麼？…10
1-2  何謂量子化？…12
1-3  原子的電子能…14
1-4  分子鍵結能…16
1-5  反應與能量…18
1-6  能量與焓…20
1-7  雜亂度與熵…22
1-8  反應方嚮與自由能…24
第1章  練習題…26

第2章  量子論與能量…27
2-1  形成物質的東西…28
2-2  原子的構造與大小…30
2-3  海森堡的測不準原理…32
2-4  能量與電子雲…34
2-5  能量的量子化…36
2-6  量子化與量子數…38
2-7  光子與其能量…40
第2章  練習題…42

第3章  原子的能量…43
3-1  原子與原子核…44
3-2  同位素與其變化…46
3-3  原子核的能量…48
3-4  電子殼層與能量…50
3-5  能量的錶現…52
3-6  電子組態與電子能量…54
3-7  離子化能量與電負度…56
3-8  原子與光能…58
3-9  電子能量與頻譜…60
3-10  宇宙的範圍…62
第3章  練習題…64

第4章  分子的能量…65
4-1  分子會反映物質…66
4-2  鍵結的種類…68
4-3  離子鍵與金屬鍵的能量…70
4-4  原子振動與傳導度…72
4-5  共價鍵的能量…74
4-6  鍵結軌道與最反鍵結軌道…76
4-7  軌道能量與鍵結能量…78
4-8  氦分子的鍵結能…80
4-9  不同分子的能量…82
4-10  激發態的能量…84
4-11  分子間作用力的能量…86
4-12  不同鍵結的能量差異…88
第4章  練習題…90

第5章  反應的能量…91
5-1  化學反應與能量…92
5-2  內能…94
5-3  內能與位能…96
5-4  振動能與鏇轉能…98
5-5  反應能與內能…100
5-6  溶解、溶媒與能量…102
5-7  溶解的能量…104
5-8  能量的釋放形式…106
5-9  發光與色彩…108
5-10  光吸收與發光…110
5-11  光吸收與色彩…112
第5章  練習題…114

第6章  反應速度、觸媒、能量…115
6-1  化學反應的速度…116
6-2  活化能…118
6-3  活化能與觸媒反應…120
6-4  觸媒反應的反應架構…122
6-5  反應速度式…124
6-6  速度常數的意義…126
6-7  多段反應與中間體…128
6-8  可逆反應與不可逆反應…130
6-9  可逆反應與平衡反應…132
第6章  練習題…134

第7章  能量與焓…135
7-1  反應係統與外界…136
7-2  熱力學第一定律…138
7-3  氣體分子的飛行速度…140
7-4  氣體分子的動能…142
7-5  各種變化…144
7-6  定壓變化與定容變化…146
7-7  焓…148
7-8  莫耳熱容量…150
7-9  熱化學方程式…152
7-10  狀態量與赫斯定律…154
7-11  赫斯定律的應用…156
第7章  練習題…158

第8章  熵...159
8-1  整齊狀態與雜亂狀態…160
8-2  雜亂度與熵…162
8-3  熱力學第二、第三定律…164
8-4  變化與熵變化…166
8-5  熵與分子構造…168
8-6  熵與能量…170
8-7  熵與熱…172
8-8  體積、溫度的變化與熵…174
第8章  練習題…176

第9章  吉布斯自由能…177
9-1  決定反應方嚮的關鍵…178
9-2  吉布斯自由能的定義…180
9-3  反應方嚮與吉布斯自由能…182
9-4  吉布斯自由能與平衡…184
9-5  平衡狀態與恆常狀態…186
9-6  勒沙特列定律—濃度變化…188
9-7  勒沙特列定律—全壓，溫度變化…190
第9章  練習題…192

第10章  狀態變化的能量…193
10-1  固體、液體、氣體…194
10-2  狀態變化…196
10-3  狀態變化與吉布斯自由能…198
10-4  狀態圖…200
10-5  超臨界狀態…202
10-6  蒸氣壓…204
10-7  溶液的蒸氣壓降低…206
10-8  沸點上升與凝結點下降…208
10-9  熱與環境…210
10-10  能量與環境…212
第10章  練習題…214

練習題/解答…215
第1章~第4章…216
第5章~第7章…217
第8章~第10章…218

索引…220

2-3 海森堡的測不準原理
量子化學專門討論像原子那樣小的粒子。量子化學所支配的世界，會發生許多神奇現象。

1 量子化學
我們所居住的世界，可以透過牛頓在十七世紀末所建立的牛頓力學來理解。
但是原子、分子等極小物質的行為，並不包含在牛頓力學之中。於是有瞭取代牛頓力學的另一門學問：量子力學。然而量子力學與牛頓力學並不互相衝突。隻是探討的係統大小不同而已。

如果用量子力學探討我們這個世界裏的物質，也會得到與牛頓力學相同的結果。用漁網來比喻應該可以理解吧？量子力學網的網眼較小，牛頓力學網的網眼較大。而將量子力學套用在化學上所形成的理論體係，就是量子化學。

2 海森堡的測不準原理
量子化學的大前提，是德國科學傢海森堡所發現的海森堡測不準原理。
該原理指齣在原子與分子的世界中，假設有兩個量形成一組，若掌握其中一個量，便無法掌握另一個量。這樣不太好懂吧？所以我們再舉個例子。
假設我們正在瑞士的馬特洪峰底下拍照留念。使用舊型的牛頓相機，山峰跟人物都能一併對焦，隻是不是很清楚。但若使用新型的量子相機，對焦在山頭上，連雪花都能拍得一清二楚。不過人物會糊成一團，連拍的是誰都看不齣來。反之，若對焦在人臉上，連鬍渣都根根分明，而山頭則不清不楚，連是不是山都不確定。這就是測不準原理。

评分☆☆☆☆☆

《3小時讀通化學熱力學》這個書名，一開始就抓住瞭我的注意力，因為它承諾瞭一個看似不可能的任務——在如此短的時間內掌握一門復雜的科學分支。這讓我很好奇，它到底用瞭什麼“魔法”？是像一些“速成班”那樣，隻講考試技巧，忽略瞭深度的理解？還是它真的找到瞭一個能夠觸及化學熱力學本質的“秘密通道”？我猜，這本書一定不會像傳統的教科書那樣，鋪陳大量的背景知識和數學推導，而是會直奔主題，用最精煉的語言，最核心的公式，以及最能說明問題的例子，來構建起一個清晰的知識體係。我非常期待它能夠提供一些“頓悟”的瞬間，那種“啊，原來如此！”的感受，能夠幫助我徹底理解那些曾經讓我睏惑不解的概念，比如為什麼能量守恒，為什麼一切都傾嚮於混亂（熵增）。而且，我希望這本書能夠教會我如何將這些理論應用於實際問題，比如預測化學反應的可行性，或者計算反應的能量變化。如果它能讓我感覺，化學熱力學不再是遙不可及的象牙塔，而是我手中的一個實用工具，那就太棒瞭。

评分☆☆☆☆☆

我剛拿到《3小時讀通化學熱力學》這本書的時候，第一反應是：“真的假的？3小時？這得多精簡啊！”要知道，化學熱力學在我印象裏，簡直就是物理和化學的混閤體，裏麵充滿瞭各種讓人眼花繚亂的符號和公式，什麼焓、熵、自由能，還有各種積分、偏導數，光是看著就有點發暈。所以，當我看到“3小時讀通”這個宣傳語，我有點懷疑，它會不會像快餐一樣，雖然快，但營養卻不夠？或者，它會不會是那種隻講皮毛，讓你感覺好像懂瞭，但一遇到實際問題就抓瞎的書？我最擔心的，是它會不會省略太多重要的推導過程，或者用過於簡化的模型來解釋一些精妙的原理，導緻我們看到的隻是一個“殘缺”的熱力學。我希望這本書能夠找到一個絕佳的平衡點：既要足夠精煉，能夠濃縮核心知識，又要足夠嚴謹，不會為瞭追求速度而犧牲科學的準確性。我更希望它能提供一些“捷徑”，比如一些非常巧妙的記憶方法，或者一些能夠快速把握概念精髓的視角。畢竟，如果真的能在3小時內建立起對熱力學基本框架的認識，那將是一種非常高效的學習體驗。

评分☆☆☆☆☆

當我翻開《3小時讀通化學熱力學》這本書，我的腦海裏立即浮現齣一個場景：我坐在書桌前，一杯咖啡，一段寜靜的午後時光，然後，3個小時後，我仿佛“打通瞭任督二脈”，對化學熱力學有瞭豁然開朗的理解。這本書的名字設定瞭一個非常明確的“目標交付期”，這讓我對其內容産生瞭很多猜測。它一定不是一本“百科全書式”的書，更像是一份“精華濃縮包”。我猜它會聚焦於那些最核心、最關鍵的知識點，比如熱力學第一定律、第二定律、第三定律，以及它們在實際化學反應中的應用。會不會有一些非常直觀的圖示，能夠幫助我們理解能量的傳遞和轉化？或者，會用一些生動的故事來解釋熵增的概念，讓抽象的理論變得觸手可及？我非常期待它能夠提供一些“解題技巧”或者“思維模型”，幫助我們在麵對復雜的計算和分析時，能夠快速找到切入點。要知道，很多時候，睏擾我們的並不是知識本身有多難，而是不知道從何入手，不知道如何去思考。如果這本書能夠教會我“怎麼想”，而不是僅僅“想什麼”，那它的價值就太大瞭。

评分☆☆☆☆☆

這本書的名字聽起來就很有吸引力——《3小時讀通化學熱力學》。化學熱力學，這個詞本身就帶著點“高冷”和“難度”，好多人一聽到就頭疼，感覺是那種需要啃半本書纔能勉強理解的學科。但“3小時讀通”這個承諾，就像一束光照亮瞭迷茫的角落。我特彆好奇，它到底是怎麼做到能在這麼短的時間內，讓一個人對這個復雜領域有一個清晰的認識的？是不是用瞭什麼獨特的講解方式？是不是把那些冗長、枯燥的公式和概念，用非常形象的比喻或者生活化的例子給串聯起來瞭？我期待著這本書能夠像一位經驗豐富的嚮導，帶領我穿梭在能量、熵、吉布斯自由能這些概念的森林裏，而且還不是那種慢悠悠地逛，而是像疾馳的列車，嗖嗖地把關鍵信息塞進我的腦子裏。我猜它一定不會像大學教材那樣，上來就甩一堆定義和定理，而是會從最基本、最容易理解的點齣發，比如我們每天接觸到的燒水、吃飯、開車這些現象，都蘊含著熱力學的原理，然後循序漸進地引齣更深層次的概念。我特彆想知道，這本書會不會強調“理解”而不是“死記硬背”，能不能讓我真正明白“為什麼”是這樣，而不是僅僅記住“是什麼”。畢竟，學懂瞭原理，纔能靈活運用，纔能真正把知識內化。

评分☆☆☆☆☆

當我在書店看到《3小時讀通化學熱力學》這本書時，我的第一反應是，這絕對是一本“掃盲”或者“快速入門”的書。化學熱力學，聽起來就讓人覺得那是大學化學係學生的“噩夢”，充斥著各種抽象的概念和復雜的數學公式。而“3小時讀通”這個標簽，無疑是在嚮我這樣的“小白”招手，錶示“彆怕，這裏有捷徑！”我腦海裏想象著，這本書會不會像一個高效的“知識膠囊”，把最精華、最核心的化學熱力學原理，濃縮成易於理解的內容。也許它會用非常生動的類比，把能量、熵、焓等概念解釋得像我們日常生活中熟悉的事物一樣。我特彆希望它能解答我長久以來的疑惑，比如，為什麼有些化學反應會自發進行，而有些則需要外部能量的輸入？這本書會不會提供一些“一眼洞穿”的技巧，讓我能夠迅速把握熱力學反應的驅動力？而且，我期待它能夠引導我理解，這些看似枯燥的理論，在現實世界中是如何發揮作用的，從能源的利用到材料的設計，甚至是我們身體的運作，都離不開熱力學原理。