01 / 导读
导读
引用
Chang, R. (2000). Physical Chemistry for the Chemical and Biological Sciences. University Science Books.
章节概要
全书共 23 章，另有两个附录（数学与物理复习、热力学数据）、术语表和偶数编号计算题的答案。每章末附习题，出版方还说明每章有关键公式一览。全书顺序是传统的：气体、热力学、溶液与平衡、动力学、量子力学与化学键、光谱学，然后是凝聚相与统计热力学；生物学内容穿插在各化学章节之中，而不是集中放在最后。
第 1–3 章：绪论；气体定律；气体分子运动论
开头几章介绍物理化学的性质、单位、力、压力、能量和摩尔，然后讲从波义耳定律到理想气体方程的气体定律、真实气体、范德华方程与维里方程，以及气体的凝聚和临界状态。第 3 章建立分子运动模型，讲麦克斯韦分布、分子碰撞与平均自由程、气体黏度、扩散与隙流，以及能量均分；其附录复习全微分与偏微分。
第 4–6 章：热力学第一定律；热力学第二定律；吉布斯能与亥姆霍兹能及其应用
第 4 章讲功、热、焓、热容、等温与绝热膨胀以及热化学，包括键能。第 5 章依次讨论自发过程、统计与热力学熵、卡诺热机、熵变和热力学第三定律。第 6 章引入亥姆霍兹能和吉布斯能、它们对温度和压力的依赖、相平衡、克拉珀龙方程、相图、相律，以及橡胶弹性的热力学。
第 7–9 章：非电解质溶液；电解质溶液；化学平衡
第 7 章讲浓度单位、偏摩尔量、混合、依数性质和二组分相平衡。第 8 章转向溶液导电、离子活度、德拜–休克尔理论、唐南效应、生物膜与膜转运。第 9 章先讲气体和溶液中的平衡，再讲配体与大分子的结合、平衡透析，以及关于 ATP、偶联反应和糖酵解的生物能学一节。
第 10–11 章：电化学；酸和碱
第 10 章讲电池、能斯特方程、电极类型、浓差电池和燃料电池，随后是生物氧化、化学渗透理论、膜电位、戈德曼方程和动作电位。第 11 章讲酸碱定义、滴定与指示剂、氨基酸与等电点、缓冲溶液以及血液 pH 的维持。
第 12–13 章：化学动力学；酶动力学
第 12 章讲反应速率与级数、反应分子数、复杂反应、阿伦尼乌斯方程、碰撞理论与过渡态理论、溶液中的快速反应和振荡反应。第 13 章把这些应用到催化、米氏动力学与稳态动力学、胰凝乳蛋白酶案例、多底物体系、抑制作用、变构相互作用、希尔方程，以及氧与肌红蛋白、血红蛋白的结合。
第 14–16 章：量子力学与原子结构；化学键；分子间作用力
第 14 章从普朗克量子论和光电效应讲到薛定谔方程、一维箱中粒子、隧穿、氢原子和多电子原子。第 15 章涵盖路易斯结构、价键理论与分子轨道理论、共振、肽键和配位化合物。第 16 章讲分子间作用力的类型、氢键、水和冰的结构以及疏水相互作用。
第 17–19 章：光谱学；分子对称性与旋光性；光化学与光生物学
第 17 章讲光谱学的基本术语和朗伯–比尔定律，然后依次是微波、红外、电子、核磁共振和电子自旋共振光谱，以及荧光和激光。第 18 章介绍对称元素、旋光和圆二色性。第 19 章涉及量子产率、大气光化学（烟雾、臭氧）、光合作用、视觉和辐射的生物效应。
第 20–23 章：固态；液态；大分子；统计热力学
第 20、21 章讲晶系与 X 射线衍射，以及液体结构、黏度、表面张力、扩散和液晶。第 22 章讨论测定大分子大小与形状的方法、聚合物结构、蛋白质与 DNA 的结构，以及蛋白质稳定性与折叠。第 23 章以微观态、玻尔兹曼分布和配分函数收尾，并用它们求热力学量、化学平衡和过渡态理论。
核心概念
第 1–6 章：气体与热力学
- 状态方程：理想气体方程，并以范德华方程和维里方程推广到真实气体。
- 熵：从统计和热力学两个角度定义，并与第二、第三定律联系起来。
- 吉布斯能：其对温度和压力的依赖是相平衡和相律的基础。
第 7–11 章：溶液、平衡、电化学与酸碱
- 偏摩尔量：混合热力学和依数性质的基础。
- 唐南效应与膜电位：处理离子跨生物膜的行为，涉及戈德曼方程和动作电位。
- 偶联反应：ATP 如何驱动本来不利的过程，见第 9 章的生物能学一节。
第 12–13 章：动力学
- 阿伦尼乌斯方程与过渡态理论：反应速率的温度依赖及其分子层面的理论。
- 米氏动力学：酶催化的稳态处理，并扩展到抑制和变构作用。
第 14–19 章：量子理论、化学键与光谱学
- 薛定谔方程：从箱中粒子引入，并应用于氢原子。
- 分子轨道理论与价键理论：两种成键描述，都结合肽键等生物学例子。
- 朗伯–比尔定律：光谱学一章中吸收测量的定量基础。
第 20–23 章：凝聚相与统计热力学
- 布拉格方程：X 射线结构测定所依据的关系。
- 配分函数：连接分子能级与宏观热力学量的桥梁。
评析
优点
- 目录显示生物学内容已融入标准顺序：平衡一章中的配体结合与糖酵解、电化学中的膜电位、酸碱中的氨基酸与血液缓冲、酶动力学中的胰凝乳蛋白酶与血红蛋白，以及专门的光化学与光生物学一章。
- 出版方列出正文中的例题、约 1000 道章末习题、每章的关键公式一览、术语表和偶数编号计算题答案，另有配套的习题解答手册。
- 出版方引用的评论称其“让生命科学的学生在他们所在的起点上入门”（《化学教育杂志》，2001 年），预审评论者则称之为较温和的物理化学教材。
- 内容范围足以支撑全年课程，包括统计热力学与大分子，一本书即可贯穿整个序列。
局限
- 全书约 1000 页，对一学期课程而言偏长，教师需要选择章节。
- 量子力学只在一章（第 14 章）中引入，随后才是化学键与光谱学；需要更深入量子化学的学生要另配数学要求更高的教材。
在课程中的定位
在本站的物理化学书目中，这是一部篇幅完整、面向生物学的本科教材。阿特金斯的《物理化学简明导读》和蒙克的一年级教材适合想要更轻松或更早起步的读者。阿特金斯、德保拉与基勒的《物理化学》是面向化学专业的更重的综合教材，麦克奎里与西蒙的《分子热力学》则是更高级的统计处理。张的这本介于其间：比入门读物完整，比专业教材要求低，特色在于生物学应用。
如何使用本书
本书适合化学、生物化学和生命科学专业修读一到两个学期的三年级物理化学课程的学生，也适合医学预科生。附录 A 的数学与物理复习是微积分生疏的读者的第一站。
第一遍可按顺序读第 1–13 章：气体、三大定律、自由能、溶液、平衡、电化学、酸碱和动力学，这是核心。第 14–19 章是量子、化学键和光谱学序列，可以放在另一个学期。第 20–23 章（固态与液态、大分子和统计热力学）最好按课程需要作为可选的延伸。
做章末习题，并用书后偶数题答案核对，把每章的关键公式一览当作复习清单。若觉得某个推导过于简略，可用同一课程中要求更严格的教材补充。