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Chemical Principles: The Quest for Insight(化学原理:探求洞见) cover

化学

化学

Chemical Principles: The Quest for Insight(化学原理:探求洞见)

Peter Atkins; Loretta Jones; Leroy Laverman; Kelley Young; James Patterson

英文原名: Chemical Principles: The Quest for Insight

从基本原理出发构建学科的普通化学教材。全书由“基础”部分和十个再分为短小主题的“焦点”单元组成,涵盖原子、化学键、物质状态、热力学、平衡、反应、动力学、材料与描述性无机化学、核化学和有机化学。

需要的基础: 具备高中化学和一元微积分基础;若已修过普通化学,用本书深入学习会更顺利。

难度等级
高级
学术层次
本科
general chemistryatomic structurechemical bondingthermodynamicschemical kinetics

01 / 导读

导读

引用

Atkins, P., Jones, L., Laverman, L., Young, K., & Patterson, J. (2023). Chemical Principles: The Quest for Insight (8th ed.). W. H. Freeman (Macmillan Learning).

章节概要

第八版共1,120页,新增两位合著者Kelley Young和James Patterson。全书没有按惯常顺序编号的章,而是由开篇的“基础”(Fundamentals)部分和十个“焦点”(Focus)单元组成,每个单元又分为若干简短的字母编号主题(1A、1B等)。出版社还列出了七个仅在线提供的“主要技术”(Major Techniques)。

基础:导言与概览;主题A–M

这一部分复习基本知识,使各焦点单元从共同的起点出发:物质与能量;元素与原子;化合物;命名;摩尔与摩尔质量;组成的测定;混合物与溶液;化学方程式;沉淀反应;酸和碱;氧化还原反应;反应化学计量;限量反应物。出版社说明,另有在线的“基础”诊断测试与之配套。

焦点1:原子

六个主题从原子结构的证据出发构建原子:探究原子、量子理论、波函数与能级、氢原子、多电子原子和周期性。

焦点2:原子间的键

七个主题涵盖离子键、共价键、超越八隅体规则、键的性质、VSEPR模型、价键理论和分子轨道理论。

焦点3:物质的状态

七个主题涵盖气体的性质、气体定律的应用、混合物和反应中的气体、分子间力、真实气体、液体和固体。

焦点4:热力学

十个主题从内能、功与热、焓和热化学,经过焓的各项贡献,到熵(包括熵的分子解释、绝对熵和总体熵变)以及吉布斯自由能。

焦点5:平衡

九个主题讨论蒸气压、单组分和双组分体系的相平衡、溶解度、依数性质、化学平衡、平衡常数的其他形式、平衡计算,以及平衡对条件变化的响应。

焦点6:反应

这是最大的单元,有十五个主题。前半部分讲酸和碱:酸碱的本质、自耦电离与pH、弱酸和弱碱、水溶液的pH、多元酸、极稀溶液、缓冲溶液与滴定,随后是溶解平衡和沉淀。其余部分讲电化学:氧化还原反应的表示、原电池、标准电势、电极电势的应用和电解。

焦点7:动力学

五个主题涵盖反应速率、积分速率方程、反应机理、反应模型和催化。

焦点8:材料

十三个主题概述描述性无机化学:周期性趋势、氢、碱金属和碱土金属、第13至18族(硼族、碳族、氮族、氧族、卤素和稀有气体)、d区元素概览、配位化合物以及d金属配合物的电子结构。据出版社介绍,第八版把原先的两个焦点合并到这一单元,并融入了无机材料和新技术材料方面的主题。

核化学与有机化学

最后两个单元篇幅最小。核化学有三个主题:核衰变、放射性和核能。有机化学有五个:脂肪烃的结构、脂肪烃的反应、芳香化合物、常见官能团,以及聚合物和生物大分子。

主要技术(仅在线)

列出七项:红外和微波光谱、紫外–可见光谱、X射线衍射、色谱、质谱、核磁共振和计算。

核心概念

基础与焦点1–3

  • 原子的量子描述:波函数和能级支撑着对氢原子、多电子原子和周期性的讲解。
  • 成键模型:离子键与共价键、VSEPR模型、价键理论和分子轨道理论。
  • 物质的状态:气体及其定律、分子间力、液体和固体。

焦点4–7

  • 熵与吉布斯自由能:熵的分子解释,以及自发变化的判据。
  • 化学平衡:平衡常数,以及平衡如何响应条件变化。
  • 电化学电池与标准电势:电池反应、标准电势及其应用。
  • 速率方程与机理:积分速率方程、反应机理和催化。

焦点8及之后

  • 周期性趋势与各族化学:对元素的系统描述。
  • 配位化合物:配合物以及d金属配合物的电子结构。
  • 核衰变与有机结构:放射性、烃、官能团和聚合物。

评析

优点

  • 以原理为先的顺序。 先讲原子和成键,再讲热力学、平衡、反应和动力学,描述性化学随后出现,因此后面的主题可以依托前面建立的模型。
  • 照顾不同的起点。 “基础”部分及其诊断测试让读者在进入各焦点单元之前,检查并补齐基本知识。
  • 学习资源。 出版社列出了学生解答手册(含每道奇数编号习题以及“基础”习题的详细解答)、每个焦点单元的课堂活动练习单,以及标示与法医学、绿色与环境化学、天文学、技术、生物与医学、工程联系的应用图标。Achieve在线系统提供带提示和反馈的作业题。
  • 主题简短。 约九十个字母编号主题,便于教师或读者挑选和调整顺序。

局限

  • 篇幅。 全书1,120页,规模庞大,而且短主题的结构要求读者自己决定跳过什么。
  • 技术部分仅在线。 包括核磁共振、质谱和X射线衍射在内的七项主要技术不在纸质书中。
  • 有机与核化学出现得晚且简短。 有机化学是靠近末尾的五个主题,涵盖烃、官能团和聚合物;其主题列表中没有单独讲反应机理,因此学习有机化学需要另备教材。

在课程中的定位

在普通化学课程中,Atkins这本书面向想弄清规则背后原因的读者。《Chemistry 2e》是免费、开放授权的两学期教材,适合自学;《Chemistry: The Central Science》是两学期教材,以清晰的讲解和大量习题训练见长;Petrucci等人的《General Chemistry》强调解决问题与应用。其中任何一本都适合作为第一遍;若想要一条更偏原理的路线,则选Atkins。

Keeler与Wothers的《Chemical Structure and Reactivity》走的是另一条路:它抛开通常的有机、无机、物理划分,以分子轨道理论、热力学和动力学为基础,解释有机和无机化合物。对于读完Atkins关于成键、热力学和动力学的内容、希望把它们应用到整个化学的读者,这是适合的第二本书。

如何使用本书

本书适合想要更深入的一年级化学课程的学生,也适合学完普通化学、希望在物理化学之前获得更重原理的讲解的读者。先做“基础”的诊断测试;如果发现缺漏,先把相应的主题A至M学完再继续。

一个实用的方案:

  • 核心: 按顺序读焦点1至7。焦点1和2(原子与成键)直接为焦点4和5服务,焦点7的动力学可以紧接在平衡之后阅读。
  • 选读: 气体定律比重较大的课程可以提前读焦点3(物质的状态);焦点6中的电化学主题与焦点4的热力学相配合。
  • 参考与概览: 视时间或教学大纲,读焦点8(材料)、核化学和有机化学。
  • 技术: 在线的主要技术可作为实验课的配套材料。

每学完一个主题就做练习,并利用学生解答手册中的奇数题解答,核对方法而不只是答案。