觀念化學V：環境化學 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

☆☆☆☆☆

原文作者： John Suchocki

圖書標籤:

• 環境化學
• 化學
• 環境科學
• 汙染控製
• 可持續發展
• 化學工程
• 生態學
• 分析化學
• 環境監測
• 綠色化學

在過去，有許多材料的發明，不僅改變瞭發明者的一生，還決定瞭大戰役的勝負。到底是哪些偶然的發現、意外的結果，讓固特異先生聲名大噪、讓伊士曼成為照相軟片的代名詞？如果你對這些人、這些事覺得好奇，《觀念化學Ⅴ》將讓你好好認識各種平凡的材料背後，有什麼不凡的故事！

　　在未來，環境的惡化與資源的短缺，將大大改變我們的生活。如果你擔心油價變成天價、不想過著缺水的生活；如果炎夏不斷飆高的氣溫讓你覺得不舒服；或者你有長遠的眼光，知道對環境無害的産品未來將有無限的商機，請把你的目光照過來，《觀念化學Ⅴ》要讓你的明天有無限可能！
 

觀念化學IV：分子結構與反應動力學 作者： [此處可填寫虛構的作者姓名，例如：張宏偉 教授] 齣版社： [此處可填寫虛構的齣版社名稱，例如：新視野科學齣版社] 齣版日期： [此處可填寫虛構的齣版年份，例如：2023年10月] ISBN： [此處可填寫虛構的ISBN號，例如：978-7-5086-XXXX-X] --- 內容簡介 《觀念化學IV：分子結構與反應動力學》是一部深入探討化學核心概念的權威性教材與專著，旨在為化學、材料科學、生物化學以及相關工程領域的本科高年級學生和研究生提供一個全麵、嚴謹且富有洞察力的知識體係。本書聚焦於化學世界的兩個基石：物質的微觀結構如何決定其宏觀性質，以及分子如何以及為何發生轉化（即反應動力學）。 本書的結構精心設計，層層遞進，從基礎的量子力學原理齣發，逐步過渡到復雜分子的三維構象解析，最終詳述決定化學反應速率、機理和選擇性的動態過程。我們力求在保持科學嚴謹性的同時，采用清晰的邏輯鏈條和豐富的圖示來闡釋抽象概念，幫助讀者建立起直觀的化學圖像。 第一部分：量子化學基礎與電子結構（重建對鍵的理解） 本部分徹底摒棄瞭簡化的舊有模型，采用現代量子化學的視角來審視化學鍵的本質。 1. 薛定諤方程與原子軌道深入解析： 詳細討論瞭薛定諤方程的物理意義，並係統迴顧瞭氫原子和類氫離子的精確解。重點闡述瞭角動量量子數和磁量子數如何決定軌道的形狀和空間取嚮。 2. 分子軌道理論（MO）的精細化構建： 區彆於簡單的綫性組閤法（LCAO），本章深入探討瞭基於密度泛函理論（DFT）和從頭算方法的實際應用。我們詳細分析瞭σ鍵、π鍵、δ鍵的形成機製，並重點解析瞭反鍵軌道和非鍵閤軌道的能級排序及其對分子穩定性的貢獻。對於過渡金屬配閤物，引入瞭晶體場理論（CFT）和配位場理論（LFT），用以解釋d軌道的分裂和顔色、磁性的來源。 3. 電子結構與分子幾何： 深入探討價層電子對互斥理論（VSEPR）的局限性，轉而使用更精確的價鍵理論（VB）與分子軌道理論（MO）的結閤來預測和解釋復雜分子（如雜環化閤物、簇閤物）的鍵角、鍵長和分子構象。特彆討論瞭立體電子效應和離域化對結構的影響。 第二部分：分子間作用力與相態（超越孤立分子的世界） 化學現象往往發生在分子集閤體中。本部分側重於描述分子間的相互作用及其對宏觀性質的支配作用。 1. 範德華力和氫鍵的定量描述： 不僅迴顧瞭倫敦彌散力、偶極-偶極相互作用，更引入瞭更高級的相互作用勢能函數（如Lennard-Jones勢）和分子力學（MM）中的參數化方法。對氫鍵的本質——特彆是強氫鍵和弱氫鍵——的電子轉移和軌道重疊機製進行瞭深入的討論。 2. 分子集閤體的熱力學： 結閤統計力學原理，分析瞭液體、晶體和非晶態固體中分子排列的統計規律。詳細闡述瞭晶格能的計算方法（如Born-Haber循環的擴展應用）和缺陷結構對材料性能（如半導體特性）的影響。 3. 高分子和超分子化學基礎： 探討瞭聚閤物的拓撲結構、鏈構象統計（如隨機遊走模型）以及玻璃化轉變溫度（Tg）的物理本質。超分子部分側重於客體-主體化學的幾何匹配和識彆機製。 第三部分：反應動力學與機理（時間維度上的化學） 反應速率是理解化學過程的關鍵。本部分將化學研究的焦點從“能做什麼”轉嚮“如何發生”和“多快發生”。 1. 碰撞理論與活化理論的演進： 從經典的碰撞理論齣發，係統推導並剖析瞭過渡態理論（TST），強調瞭吉布斯自由能、焓和熵在反應速率中的確切角色。詳細討論瞭熵項對反應活性的反常影響。 2. 反應速率方程與實驗測量： 詳細講解瞭零級、一級、二級反應的積分和微分速率定律，並介紹瞭擬一級反應和復雜反應級數的確定方法。重點介紹瞭弛豫法、閃光光解法等現代瞬態動力學技術在研究快速反應中的應用。 3. 勢能麵與反應坐標： 這是本書的難點和重點。通過多維勢能麵（Potential Energy Surface, PES）的概念，精確描繪瞭反應物的能量演化路徑。著重分析瞭鞍點（過渡態）的結構特徵，以及如何通過量子化學計算來確定反應的活化能和反應物/産物間的能量差。討論瞭環狀反應（如Diels-Alder反應）的軌道對稱性要求（Woodward-Hoffmann規則）對動力學路徑的控製。 4. 催化作用的微觀機製： 探討瞭均相和非均相催化劑如何通過降低反應的有效活化能（改變PES）來加速反應。特彆是對酶催化中的“錨定效應”和“應力誘導”機製進行瞭詳細的分子水平解析。 目標讀者與特點 本書的特點在於其深度和廣度。它要求讀者具備紮實的普通化學基礎，並能夠理解微積分和綫性代數在描述化學現象中的應用。它不僅是理論知識的集閤，更是培養學生進行化學預測和問題解決能力的重要工具。讀者將能夠運用量子化學的結果來解釋動力學數據，並基於分子結構設計具有特定反應活性的新型物質。 《觀念化學IV：分子結構與反應動力學》是連接理論化學與應用化學的堅實橋梁，是化學專業人士進階學習不可或缺的參考書。

作者簡介

蘇卡奇John Suchocki

　　美國維吉尼亞州立邦聯大學有機化學博士。他不僅是齣色的化學教師，也是大名鼎鼎的《觀念物理》作者休伊特（Paul G. Hewitt）的外甥。在取得博士學位並從事兩年的藥理學研究後，蘇卡奇前往夏威夷州立大學擔任客座教授，並且在那裏與休伊特一同鑽研大學教科書的寫作，從此對化學教育工作欲罷不能。

　　蘇卡奇最拿手的，就是帶領學生從生活中探索化學，他說：「當你好奇大地、天空和海洋是什麼構成的，你想的就是化學。」他總是想著要如何用最貼近生活的例子，給學生最清晰的觀念；他也相信，隻要從基本觀念著手，化學會是最實際且一生受用不盡的科學。 目前，蘇卡奇與他的妻子、三個可愛的小孩，定居在佛濛特州，並且在聖米迦勒學院擔任教職，繼續他熱愛的教書、寫書，還有詞麯創作的生活。

譯者簡介

李韆毅

　　中興大學植物係畢業，密西根大學生物碩士，曾任天下文化資深編輯，現為文字工作者。譯有《觀念生物學1～4》、《觀念化學IV》、《現代化學II》（閤譯）、《金色雙螺鏇》（閤譯）等。
 

觀念化學Ⅴ環境化學

第16章　淡水資源
16.0 淡水是有限的資源
16.1 水文循環
16.2 我們把水用到哪裏去瞭？
16.3 淨水廠讓我們喝得安心
16.4 從鹹水變成淡水
16.5 水汙染源哪裏來？
16.6 微生物能改變水中的氧濃度
16.7 將廢水處理過再排放

第17章　空氣資源
17.0 一個行星，一個大氣層
17.1 大氣層是很多種氣體的混閤物
17.2 空氣汙染無所不在
17.3 臭氧層：地球的防護罩
17.4 空氣汙染與全球增溫

第18章　物質資源
18.0 材料科技日新月異
18.1 紙是由縴維素構成的
18.2 塑膠：科學實驗意外發現
18.3 金屬來自地球有限的礦石資源
18.4 將金屬化閤物轉變成金屬
18.5 玻璃主要來自矽酸鹽
18.6 陶瓷遇熱會硬化
18.7 復閤材料

第19章　能源
19.0 能源：決定人類的當前與未來
19.1 電能是一種方便的能源形式
19.2 化石燃料存量有限
19.3 核能有兩種形式
19.4 展望永續能源
19.5 用水來發電
19.6 生物質量提供化學能
19.7 從日光生産能量
19.8 未來的經濟要仰賴氫氣

觀念考驗解答
元素週期錶
附記 用孩子般好奇的眼睛看世界
誌謝
圖片來源

序

到化學世界逛逛

　　歡迎各位到化學世界來。在這個奇妙的世界裏，你們身邊的所有東西，都可以追溯到不可置信的微小顆粒上。這種顆粒叫做原子。化學是研究原子怎麼結閤成物質的學問。學瞭化學之後，你們看事情會有全新的視野，不僅知道物質是怎麼形成的，也知道它們為什麼會錶現齣這種特性。

　　化學是一門非常實際的科學。在瞭解瞭原子的行為模式，並找到方法進一步加以控製原子的行為後，化學傢就開始製造齣許多有用的新物質，例如：閤金、肥料、藥品、聚閤物、電腦晶片、閤成DNA等等。這些物質把人類的生活提升到空前的水準。就憑化學對我們社會有這麼大的影響，就值得好好把它搞清楚。更重要的是，有瞭基本的化學知識之後，你可以自己評估，那些新穎的技術是否會對環境造成劇烈衝擊，是否值得信賴。你也可以自己判斷有些人的說法是不是對的，而不會被彆人牽著鼻子走。

　　《觀念化學》介紹的是化學觀念，主要的重點是觀念理解而不是計算技巧。雖然有時候會有些看似難解的化學觀念齣現，但其實這些觀念都很直接易懂，隻要你有學習的意願，就能弄懂它。你付齣的努力將會有豐碩的成果。你不但能學習到和環境有關的新知識，也會瞭解自身和環境之間的關係，還能改善學習技巧，變成較精通思考的人。不過你要記得，學化學就和學習所有的東西一樣，要有付齣，纔會有收獲。

　　我很喜歡化學，我知道你一定也會喜歡的。因此，穿上鞋子，和我一起到化學世界去逛逛吧。我們就從最基本的觀念開始。

用《觀念化學》教化學觀念
 
當老師的都希望我們的教導對學生有長期的正麵影響。因此，我們注意的是學生該學習的且最重要的東西。對學生來說，化學課程的目標非常明顯，他們應該要熟悉化學的基本概念，甚至要讓他們覺得化學很有意思，尤其是那些和日常生活有關的東西。舉例來說，肥皂是怎麼作用的？冰為什麼會浮在水上等等。學生應該能區彆「同溫層臭氧的消耗殆盡」和「全球溫暖化」這兩個問題有什麼不同；也該知道怎樣纔能確定飲水的供應是否安全，他們應該學會，物質在原子和分子的尺度上是怎麼迴事。不僅如此，在學習化學課程後，學生應該瞭解科學探索的方法，也比較能把自己學會的知識教給下一代。簡單的說，學生應該有高於平均素質的科學水準。
 
這是很偉大的目標，而它是否能成功，和我們當老師的是否盡瞭最大的力有關。不過從我接觸過的學生那兒聽到的意見是，他們並不是覺得有必要學化學。他們感興趣的，倒不一定是化學知識，而是希望在學習過程中，發展自己的科學觀念。
 
誠如所有科學教育工作者所知，化學以及許多化學觀念是發展高階思考技巧的優良沃土。因此，我們應該把這一項科學的特質和所有學生分享，它可以調閤到不同的程度，適應各不同科係的學生。學生進入大學並不是隻想學習某些特定的學業科目，也想發展健全的人格特質。健全的人格發展，應該也包括增進分析能力與口語溝通技巧，同時強化自己麵對各種不同挑戰的信心。因此，我們教化學時，不隻能幫助學生學好化學，也能幫助學生瞭解自己並認清自己的潛力。
 
這就是為什麼我要寫這套《觀念化學》的原因。從目錄裏大傢可以發現，這套書介紹瞭完整的化學知識。而且，這套書也的確如它的書名所言，是在介紹化學觀念，幫助學生理解微觀尺度分子與原子的行為，從中瞭解分子與原子的行為如何構成並且影響巨觀的物質環境，讓學生對自然世界有更深的認識，並瞭解物質的行為與運作模式。

评分☆☆☆☆☆

這本書讓我第一次真正意義上理解瞭“生態毒理學”這個概念的內涵。在此之前，我一直以為環境汙染隻是對環境造成物理上的破壞，但這本書的講解讓我意識到，這些汙染物是如何與生物體內的化學物質發生相互作用，從而對生物的生理功能産生乾擾的。書中關於重金屬在生物體內積纍的機製，以及農藥對神經係統和內分泌係統的影響，都描述得非常詳細。我特彆被關於持久性有機汙染物（POPs）在食物鏈中逐級富集的例子所打動，那些看似微不足道的汙染物，最終卻能對處於食物鏈頂端的生物造成毀滅性的打擊。書中對這些化學物質的生物轉化和降解過程也進行瞭深入的探討，讓我明白瞭為什麼有些汙染物會在環境中長期存在。讀完這部分內容，我纔意識到，環境保護不僅僅是治理汙染源，更是要關注汙染物對生態係統的長期影響，以及如何通過化學和生物學的方法來降低這些影響。這本書讓我從一個旁觀者的角度，變成瞭更具有同理心和責任感的觀察者，對生命和環境的關係有瞭更深刻的體悟。

评分☆☆☆☆☆

作為一個對化學抱有強烈好奇心的人，我一直想找到一本能夠將化學理論與現實生活中的環境問題巧妙結閤的書籍。這本書在這方麵做得非常齣色。它以一種引人入勝的方式，將許多我們日常生活中可能忽略的化學現象背後隱藏的深刻原理展現齣來。我尤其喜歡書中關於可持續化學的章節，它不僅僅列舉瞭各種“綠色化學”的理念，更是通過具體的案例，例如生物可降解塑料的閤成，或者減少有害物質使用的生産工藝，來展示如何通過化學創新來解決環境問題。書中對原子經濟性和E-因子等概念的解釋，讓我對如何評估化學過程的環保性有瞭清晰的認識。它讓我明白，真正的環保不僅僅是末端治理，更是要從源頭上就設計齣更環保的化學過程。讀到這部分內容，我感到非常振奮，因為它讓我看到瞭化學在解決人類麵臨的重大挑戰中的積極作用，也讓我對未來的化學發展充滿瞭期待。這本書讓我看到瞭化學的另一麵，它不隻是實驗室裏的試管和燒杯，更是解決現實世界問題的重要工具。

评分☆☆☆☆☆

這套“觀念化學”係列一直是我化學學習路上的指路明燈，而其中的“環境化學”更是讓我對我們賴以生存的地球有瞭全新的認識。以往我對環境問題的理解，多停留在一些宏觀的、直觀的感受上，比如空氣汙染、水體富營養化等等。但這本書深入淺齣地將這些現象背後的化學原理一一剖析。它並沒有一味地堆砌枯燥的化學方程式，而是通過生動形象的比喻和貼近生活的案例，將復雜的化學概念變得觸手可及。我尤其喜歡書中關於大氣化學部分的講解，那些關於臭氧層空洞的形成、溫室效應的機理，以及各種汙染物在大氣中轉化的路徑，都被描繪得有條不紊。讀完之後，我不再是簡單地看到煙囪冒齣的黑煙就感到厭惡，而是能聯想到其中可能涉及的氧化還原反應、自由基鏈式反應等等，這讓我對環境保護的認識上升到瞭一個更高的層次。當然，書中對水化學和土壤化學的探討也同樣精彩，讓我理解瞭為什麼有些地方的水質會下降，為什麼土壤會闆結，這些背後都有著深刻的化學邏輯。總而言之，這本書不僅是一本環境化學的教科書，更是一本引導讀者用化學的視角去理解和解決環境問題的啓濛讀物，極大地拓寬瞭我的視野，讓我對這個世界有瞭更深入的洞察。

评分☆☆☆☆☆

這本書的邏輯結構非常清晰，每一章節都圍繞著一個核心的環境化學主題展開，層層遞進，引人入勝。我喜歡它在介紹一個概念時，總會先從一個實際的環境問題入手，然後逐步引入相關的化學原理。例如，在講解大氣沉降時，它並沒有直接給齣復雜的化學反應式，而是先描繪瞭酸雨對森林和建築物的破壞，然後纔慢慢解釋瞭二氧化硫和氮氧化物在大氣中如何轉化生成硫酸和硝酸，並最終隨雨水落到地麵的過程。這種“問題導嚮”的學習方式，讓我在理解化學原理的同時，也深刻體會到瞭這些知識在現實中的重要性。書中對各種環境監測技術和分析方法的介紹，也讓我大開眼界。瞭解到科學傢們是如何通過各種化學手段來檢測空氣和水中的汙染物，以及如何評估環境的健康狀況。這種對科學研究方法和技術細節的披露，讓我覺得這本書不僅僅是理論的講解，更是對環境科學研究的一次全麵展示。它讓我看到瞭科學傢們為瞭保護地球所付齣的努力和智慧。

评分☆☆☆☆☆

從物理化學的角度切入環境問題，這本書提供瞭一種非常獨特的視角。它並非單純地羅列環境汙染事件，而是將重心放在瞭這些事件背後的能量變化、平衡移動以及反應動力學上。我讀到關於工業廢水處理的章節時，就被書中詳細闡述的化學沉澱、氧化還原以及吸附等過程深深吸引。那些關於pH值對沉澱效率的影響，或者催化劑在汙染物降解中的作用，都通過清晰的圖錶和嚴謹的公式得到瞭解釋。更讓我印象深刻的是，書中並沒有止步於理論的闡述，而是強調瞭這些化學過程在實際應用中的挑戰，比如如何提高反應速率，如何降低能耗，以及如何處理反應過程中産生的副産物。這種將理論與實踐緊密結閤的方式，讓我覺得這本書的價值遠超一般的科普讀物。它不僅僅是知識的傳遞，更是思維方式的培養。我開始能夠從更宏觀和更根本的層麵去思考環境問題，理解為什麼某些治理方法會有效，而另一些則可能事倍功半。這種基於物理化學原理的分析，讓我對環境科學的認識更加深刻和係統。